多加载单元煤岩体破裂模拟试验设备的制作方法

1.本实用新型涉及煤岩破裂模拟技术领域，具体涉及一种多加载单元煤岩体破裂模拟试验设备。


背景技术：

2.在煤岩开采过程中，残采区遗留煤岩柱群的系统稳定性是影响采场长期稳定性的重要因素，且随着矿产资源开采规模及开采深度的日益增加，开采过程中不稳定性逐渐增强，动力灾害发生频次和破坏程度也愈加强烈，这严重影响煤矿安全开采和现场人员生命安全。由于现场监测遗留煤柱群的长期稳定性困难较大，目前，通常采用煤岩体破裂模拟设备及监测仪器对煤岩柱群试样渐进破坏特性及稳定性进行监测评判，但仅针对单个煤岩试样监测，不能达到多参量相互融合、相互验证，降低了预测的有效性和准确性，缺乏一种能够同时对多个煤岩体破裂信息同步监测的试验装置。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术领域存在的上述技术问题，本实用新型的目的在于，提供一种多加载单元煤岩体破裂模拟试验设备，可实现对多个煤岩体试样同步加载模拟，进而实现多个煤岩体矿柱渐进破坏模拟试验。
4.本实用新型提供的一种多加载单元煤岩体破裂模拟试验设备，包括机架、固定底座，所述机架上部设置有z向垂直加载装置，所述固定底座上方设置有x向水平加载装置；
5.所述z向垂直加载装置包括垂直加载液压缸、垂直加载安装座，所述垂直加载液压缸的一端通过垂直加载安装座与机架连接，所述垂直加载液压缸的另一端设置有垂直加载压头，所述z向垂直加载装置设置多个，中间位置的z向垂直加载装置固定在机架上，中间位置两侧的z向垂直加载装置通过y向丝杠移动装置与机架连接；
6.所述x向水平加载装置包括移动底座、水平加载液压缸、水平加载安装座，所述移动底座设置在固定底座上方，且所述移动底座通过x向移动装置与固定底座滑动连接，所述水平加载安装座设置2个，2个所述水平加载安装座分别固定在移动底座两侧，所述水平加载液压缸安装在水平加载安装座上，且所述水平加载液压缸的内侧一端设置有水平加载压头。
7.进一步地，所述垂直加载液压缸靠近垂直加载压头的一端及水平加载液压缸靠近水平加载压头的一端均设置有压力传感器，所述垂直加载液压缸及水平加载液压缸的活塞杆内安装有位移传感器。
8.进一步地，所述y向丝杠移动装置包括丝杠、手轮及凸轮刹车机构，所述丝杠的两端通过丝杠支座设置在机架上，所述丝杠的一端位于机架中心位置，所述手轮位于丝杠的另一端且伸出机架外，所述凸轮刹车机构位于靠近手轮的一侧，所述垂直加载安装座与丝杠螺纹连接。
9.进一步地，所述凸轮刹车机构包括“l”型安装板、带凸轮的旋转手柄、手柄固定座、
推动杆、丝杠夹紧块，所述“l”型安装板固定在机架上，所述手柄固定座固定在“l”型安装板一侧，所述旋转手柄与手柄固定座铰接，所述推动杆贯穿手柄固定座，且丝杠夹紧块固定在推动杆的底端。
10.进一步地，所述机架上方设置有刻度标尺。
11.进一步地，所述x向移动装置包括x向移动液压缸、滑轨底座、滑动轨道、滑轮a，所述x向移动液压缸插入固定底座内部，所述x向移动液压缸的缸体一端通过固定法兰与固定底座固定，所述x向移动液压缸的活塞杆一端与其中一个水平加载安装座连接，所述滑轨底座固定在固定底座一侧，所述滑动轨道设置在固定底座及滑轨底座上方，所述滑轮a设置在移动底座底部。
12.进一步地，2个所述水平加载安装座之间设置有承载拉杆，所述承载拉杆设置4根。
13.进一步地，所述水平加载压头底部设置有滑轮b。
14.本实用新型提供的一种多加载单元煤岩体破裂模拟试验设备，其有益效果为：（1）可实现对多个煤岩体试样同步加载模拟，进而实现多个煤岩体矿柱渐进破坏模拟试验，且通过丝杠移动装置可调节垂直加载间距，实现模拟残采区不同间距煤岩柱群破裂特性；（2）垂直加载液压缸设置多个，可实现多点非均布加载，模拟不同应力加载环境；（3）通过x向移动装置可便于x向水平加载装置的调节。
附图说明
15.图1是本实用新型一个实施例的整体结构示意图；
16.图2是图1的主视图；
17.图3是z向垂直加载装置的结构示意图；
18.图4是y向丝杠移动装置与垂直加载液压缸的连接关系示意图；
19.图5是凸轮刹车机构的结构示意图；
20.图6是x向水平加载装置的结构示意图。
21.图中标注：1.机架；2.固定底座；3. z向垂直加载装置；31.垂直加载液压缸；32.垂直加载安装座；33.垂直加载压头；34.滑槽；35.固定支座；4.y向丝杠移动装置；41.丝杠；42.手轮；43.凸轮刹车机构；431.“l”型安装板；432.旋转手柄；433.手柄固定座；434.推动杆；435.丝杠夹紧块；44.丝杠支座；5.x向水平加载装置；51.移动底座；52.水平加载液压缸；53.水平加载安装座；54.水平加载压头；55.滑轮b；56.承载拉杆；6.x向移动装置；61.x向移动液压缸；62.滑轨底座；63.滑动轨道；64.滑轮a；7.压力传感器；8.位移传感器；9.滑块；10.刻度标尺；11.试样放置区。
具体实施方式
22.下面参照附图，结合一个实施例，对本实用新型提供的一种多加载单元煤岩体破裂模拟试验设备进行详细的说明。
实施例
23.参照图1，本实施例的一种多加载单元煤岩体破裂模拟试验设备，包括机架1、固定底座2，机架1与固定底座2固定连接，机架1上部设置有z向垂直加载装置3，为试样提供垂直
方向加载力，固定底座2上方设置有x向水平加载装置5，为试样提供水平方向加载力。
24.具体地，z向垂直加载装置3的结构如下：
25.参照图2，本实施例中，z向垂直加载装置3设置5个，实现对多个煤岩体试样同步加载模拟，中间位置的z向垂直加载装置3固定在机架1上，其余4个分别位于两侧，且这4个z向垂直加载装置3通过y向丝杠移动装置4与机架1连接，可通过y向丝杠移动装置4调节z向垂直加载装置3之间的间距，实现模拟残采区不同间距煤岩柱群破裂特性。
26.参照图3，z向垂直加载装置3包括垂直加载液压缸31、垂直加载安装座32，垂直加载液压缸31的一端通过垂直加载安装座32与机架1连接，垂直加载液压缸31的另一端设置有垂直加载压头33，垂直加载压头33上设置有压力传感器7，垂直加载液压缸31的活塞杆内设置有位移传感器8，另外，为便于与y向丝杠移动装置4连接，垂直加载安装座32的顶部设置有滑槽34，且非中间位置的z向垂直加载装置3的垂直加载安装座32顶部一侧还设置有与y向丝杠移动装置4连接的固定支座35。
27.参照图4，y向丝杠移动装置4包括丝杠41、手轮42及凸轮刹车机构43，丝杠41的两端通过丝杠支座44设置在机架1上，且丝杠41的一端位于机架1中心位置，手轮42位于丝杠41的另一端且伸出机架1外，凸轮刹车机构43位于靠近手轮42的一侧，且y向丝杠移动装置4设置4个，非中间位置的4个z向垂直加载装置3分别通过垂直加载安装座32顶部的固定支座35与丝杠41螺纹连接，每个y向丝杠移动装置4控制一个z向垂直加载装置3，且为了保证移动过程中不发生偏移，机架1上还设置有与垂直加载安装座32的顶部的滑槽34相配合的滑块9，滑块9沿y向固定在机架1上，通过转动手轮42使丝杠41旋转，带动与丝杠41螺纹连接的z向垂直加载装置3沿丝杠41移动，从而调节z向垂直加载装置3之间的间距；另外，机架1上方一侧还设置有刻度标尺10，便于准确调整间距。
28.参照图5，凸轮刹车机构43包括“l”型安装板431、带凸轮的旋转手柄432、手柄固定座433、推动杆434、丝杠夹紧块435，“l”型安装板431固定在机架1上，手柄固定座433固定在“l”型安装板431一侧，旋转手柄432与手柄固定座433铰接，且手柄固定座433与旋转手柄432的铰接位置处设置有铰接侧板，旋转手柄432位于2个铰接侧板之间，推动杆434贯穿手柄固定座433，丝杠夹紧块435固定在推动杆434的底端，且推动杆434顶端固定有挡块，挡块与手柄固定座433底部之间设置有弹簧，丝杠夹紧块435底部呈“v”型，且位于丝杠41上方，当参照刻度标尺10将z向垂直加载装置3移动到相应位置后，向下按压旋转手柄432，使推动杆434向下运动，带动丝杠夹紧块435向下运动，使其卡住丝杠41，防止操作过程中误碰到手轮42而使z向垂直加载装置3发生移动，且旋转手柄433的铰接侧板对旋转手柄432的夹紧力较大，将旋转手柄433下压后固定住。
29.具体地，x向水平加载装置5的结构如下：
30.参照图6，x向水平加载装置5包括移动底座51、水平加载液压缸52、水平加载安装座53，移动底座51设置在固定底座2上方，且移动底座51通过x向移动装置6与固定底座2滑动连接，水平加载安装座53设置2个，2个水平加载安装座53分别固定在移动底座51两侧，水平加载液压缸52安装在水平加载安装座53中心位置，且水平加载液压缸52的内侧一端设置有水平加载压头54，水平加载压头54上设置有压力传感器，水平加载液压缸52的活塞杆内设置有位移传感器，2个水平加载压头54尺寸与机架1尺寸相适应，2个水平加载压头54之间形成试样放置区11。其中，x向移动装置6包括x向移动液压缸61、滑轨底座62、滑动轨道63、
滑轮a64，x向移动液压缸61插入固定底座2内部，x向移动液压缸61的缸体一端通过固定法兰与固定底座2固定，x向移动液压缸61的活塞杆一端与其中一个水平加载安装座53连接，滑轨底座62固定在固定底座2一侧，且滑轨底座62设置2个，滑动轨道63设置在固定底座2及滑轨底座62上方，滑轮a64设置在移动底座51底部，通过x向移动液压缸61活塞杆的伸缩可带动将移动底座51沿滑动轨道63运动，即带动x向水平加载装置5沿滑动轨道运动。
31.另外，水平加载压头54底部设置有滑轮b55，便于水平加载液压缸52推动水平加载压头54运动，可减少水平加载压头54运动过程中的摩擦力。
32.另外，2个水平加载安装座53之间固定有承载拉杆56，承载拉杆56设置4根，上下各两根，试验时推动水平加载压头54对试样提供水平围压，其所产生的反向力由这4根承载拉杆56承受。
33.需要说明的是，本实施例提供的一种多加载单元岩体破裂模拟试验设备在使用过程中与计算机配合使用，将计算机与z向垂直加载装置3及x向水平加载装置5连接，具体地，将计算机与垂直加载液压缸31、水平加载液压缸52、压力传感器7及位移传感器8连接，利用计算机控制垂直加载液压缸31、水平加载液压缸52的动作，并接收、记录压力传感器7及位移传感器8检测的试验数据，生成时间-位移曲线、时间-载荷曲线、位移-载荷曲线等。另外，垂直加载液压缸31、水平加载液压缸52及x向移动液压缸61与液压油源连接，并将液压油源与计算机连接，便于控制液压缸执行元件所需的流量和压力。
34.本实施例的工作过程为：（1）通过x向移动液压缸61带动x向水平加载装置5沿滑动轨道63往外移出机架1底部，将试样按照需求放置在2个水平加载压头54之间的试样放置区11，试样放置完成后，将x向水平加载装置5移动至机架1底部加载位置；（2）然后分别调节z向垂直加载装置3及x向水平加载装置5进行加载试验，其中5个z向垂直加载装置3的相对位置可以通过y向丝杠移动装置4来进行调节，计算机接收压力传感器7、位移传感器8检测加载过程中的试验数据并形成时间-位移曲线、时间-载荷曲线、位移-载荷曲线等。
35.上述实施例只是为了说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。