一种矿山相似材料模拟试验用自移支架式应力采集装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种矿山相似材料模拟试验用自移支架式应力采集装置，包括顶板和底板，所述顶板底部固定有支柱，所述底板顶部固定有直筒，所述支柱与直筒相适配，且所述直筒内设有弹簧，所述支柱的底端伸入直筒内并与弹簧顶端相接触；所述底板外侧固定有用于标识顶板所受应力大小的应力刻度尺。本实用新型通过观察应力刻度尺即可实现顶板上部岩石应力数据的直观测量；通过降架把手和底座上的滑轨可实现应力采集装置的升降和移动功能，并可自行调整移动距离。而且该装置的设计在外观上更加贴近真实的矿山液压支架，大大提高了相似模拟实验数据采集的准确性。
【专利说明】
一种矿山相似材料模拟试验用自移支架式应力采集装置
技术领域
[0001 ]本实用新型属于采矿工程技术领域，涉及一种矿山相似材料模拟实验装置，具体涉及一种矿山相似材料模拟试验用自移支架式应力采集装置。
【背景技术】
[0002]矿山相似材料模拟实验是将真实矿山按比例缩小为物理模型，在保证模型与原型所有物理量均遵循一定比例的前提下，模拟实际情况对模型中的矿层进行“开采”，进而模拟矿压显现过程、采集相关实验数据。目前，矿山相似材料模拟实验(以下简称相似模拟实验)已经较为成熟，在相似模拟实验中使用的模拟液压支架也日趋完善，并有专门适用于实验的应力采集装置。
[0003]通常的模拟液压支架是通过比例微缩，顶板底座使用钢板焊接，支撑体或使用升降活塞或使用柱形螺栓，达到相似模拟试验中液压支架从原型到模型转化的目的。通常的应力采集装置则是通过应力采集器与电脑相连，将采集器铺设在模型架下方达到采集应力的目的。以往，在相似模拟实验中只针对覆岩与煤层进行模拟，在模拟开采过程中很少利用模拟支架对工作面进行模拟支护，但如若不采用模拟支架则会对顶板的应力分布情况真实性构成一定干扰，做不到对工作面上部顶板运动状态的有效分析。即使采用模拟支架，由于通常的液压支架模型是通过比例微缩模拟支护效果，从而难以同时做到自行移动、自行降架以及应力数据的实时采集。
[0004]另外，我们在进行相似模拟实验时发现，如若单纯使用应力采集装置，会造成模拟开采过程中工作面由于没有支架支撑，导致应力传导至下方的应力采集器所采集数据与真实矿压显现出较大区别，如若采用模拟支架配合使用应力采集装置，则成本高昂，并会降低装架速度，且通常的模拟支架不兼具自行移架与应力采集的功能，延误模拟开采的进度，最终降低实验效果。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种矿山相似材料模拟试验用自移支架式应力采集装置，该装置可实现自行升降、移动和应力数据的直观测量，且所采集应力数据准确性高。
[0006]为此，本实用新型采用如下技术方案:
[0007]—种矿山相似材料模拟试验用自移支架式应力采集装置，包括顶板和底板，所述顶板底部固定有支柱，所述底板顶部固定有直筒，所述支柱与直筒相适配，且所述直筒内设有弹簧，所述支柱的底端伸入直筒内并与弹簧顶端相接触;所述底板外侧固定有用于标识顶板所受应力大小的应力刻度尺。
[0008]进一步地，所述应力采集装置还包括底座，所述底板位于底座内，且所述底板通过滑轨与底座相连接，所述底板能够沿底座的长度方向进行滑动。
[0009]进一步地，所述顶板和底板的后端分别铰接有上掩护梁和下掩护梁，所述上掩护梁和下掩护梁的另一端相互铰接。
[0010]进一步地，所述顶板的两侧分别设有挡板，所述挡板外侧对应应力刻度尺处设有应力度数指示标志。
[0011]进一步地，所述顶板的前端连接有前探梁，且所述顶板通过折叠机构与前探梁相连接。
[0012]进一步地，所述底座的侧边刻画有距离刻度。
[0013]进一步地，所述支柱为变径圆柱体，由直径较小的第一柱体和直径较大的第二柱体构成，所述第一柱体与顶板相固定，所述第二柱体与直筒相适配，且第二柱体底端伸入直筒内并与弹簧相接触。
[0014]进一步地，所述直筒上设有直线形竖槽，所述竖槽的中部或下部位置处设有与竖槽相贯通的横槽，所述竖槽与横槽呈T形设置;所述第二柱体的底端设有降架把手，所述降架把手包括一与直筒相适配的圆盘和一与圆盘相连接并向外伸出的手柄，所述手柄可沿竖槽竖向移动或沿横槽水平移动，所述第二柱体的底端与圆盘相接触。
[0015]进一步地，所述直筒的顶端设有用于防止第二柱体脱离的环形卡圈，所述环形卡圈的内径小于第二柱体的直径。
[0016]进一步地，所述支柱为四个，并相互对称地设置于顶板底部。
[0017]本实用新型具有如下技术效果:通过观察应力刻度尺即可实现顶板上部岩石应力数据的直观测量;通过降架把手和底座上的滑轨可实现应力采集装置的升降和移动功能，并可自行调整移动距离。而且该装置的设计在外观上更加贴近真实的矿山液压支架，大大提高了相似模拟实验数据采集的准确性。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型的结构主视图；
[0019]图2为本实用新型的结构左视图；
[0020]图3为本实用新型应力刻度尺的刻度值示意图；
[0021 ]图中，1-顶板，2-底板，3-底座，4-第一柱体，5-第二柱体，6_直筒，7_弹簧，8_环形卡圈，9-竖槽，10-横槽，11-圆盘，12-手柄，13-应力刻度尺，14-应力度数指不标志，15-挡板，16-固定环，17-滑轨，18-上掩护梁，19-下掩护梁，20-前探梁，21-距离刻度。
【具体实施方式】
[0022]如图1-2所示，一种矿山相似材料模拟试验用自移支架式应力采集装置，包括顶板
1、底板2和底座3，顶板I底部设有四个相互对称设置的支柱，底板2顶部设有与支柱相对应的直筒6，直筒6内设有弹簧7;所述支柱为变径圆柱体，由直径较小的第一柱体4和直径较大的第二柱体5构成，其中，第一柱体4与顶板I相固定，第二柱体5与直筒6相适配，且第二柱体5底端伸入直筒6内并与弹簧7相接触;直筒6的顶端设有用于防止第二柱体5脱离的环形卡圈8，且环形卡圈8的内径小于第二柱体5的直径。底板2外侧固定有用于标识顶板I所受应力大小的应力刻度尺13;顶板I两侧设有挡板15，挡板15内侧对应应力刻度尺13处设有固定环16，应力刻度尺13套装于固定环16内并可沿固定环16上下移动。挡板15外侧对应应力刻度尺13处设有应力度数指示标志14。
[0023]底板2位于底座3内，并通过滑轨17与底座3相连接;底座3的侧边刻画有距离刻度21，用于标识底板2的移动距离。顶板I和底板2的后端分别铰接有上掩护梁18和下掩护梁19，上掩护梁18和下掩护梁19的另一端相互铰接。顶板I的前端连接有前探梁20，且顶板I通过折叠机构与前探梁20相连接;该折叠机构采用常见的折叠桌椅所使用的弹簧锁紧结构，前探梁20打开呈水平状态时，前探梁20被锁死固定，松开折叠机构的锁紧结构时，前探梁20在重力作用下回复到垂直状态。
[0024]为实现应力采集装置顶板I的固定，直筒6上设有直线形竖槽9，竖槽9的中部或下部位置处设有与竖槽9相贯通的横槽10，竖槽9与横槽10呈T形设置;第二柱体5的底端设有降架把手，该降架把手包括一与直筒6相适配的圆盘11和一与圆盘11相连接并向外伸出的手柄12，手柄12可沿竖槽9竖向移动或沿横槽10水平移动，第二柱体5的底端与圆盘11相接触。
[0025]本实用新型进行应力采集以及装置移动和升降的机理如下:
[0026]首先对直筒6内安装的弹簧7进行加压实验，根据弹簧7所受压力与变形量的正比关系，确定弹簧7在固定位置的应力应变曲线，依据应力应变曲线制作弹簧7的应力刻度(见图3)，并制成相应的应力刻度尺13。将应力刻度尺13安装在底板2两侧，当顶板I受压向下移动时，顶板I两侧挡板15上的应力度数指示标志14所指应力刻度尺13上的应力值即为顶板I所受应力大小，也即顶板I上部岩石所受应力大小。
[0027]在应力采集装置进入工作面时，需要先进行降架并固定，具体操作时，可将手柄12沿直筒6上的竖槽9向下移动，进而带动顶板I下移，当手柄12移动到横槽10处时，将手柄12横向移动并使其进入横槽10内，从而实现降架把手的固定，进而实现顶板I的固定。当需要移动应力采集装置时，操作底板2使其沿底座3上的滑轨17做直线移动，底座3外侧的距离刻度21可以清楚地标识底板2运动的距离，进而能够实现应力采集装置移动的精确控制。
[0028]本实用新型的具体工作过程如下:
[0029]模拟好实验工作面并开切眼之后，将顶板I下移一定距离并通过降架把手进行固定，然后将本实用新型应力采集装置置入开切眼之中并进行升架操作，具体是将降架把手的手柄12拨离横槽10，在弹簧7作用力下，使顶板I上移并与模拟岩层接实。然后将前探梁20打开与顶板I平行，起到支护效果。当模拟岩层出现离层以及来压现象时，顶板I出现应力集中的现象，此时顶板I受力变大，直筒6内的弹簧7受压变形，顶板I开始向下移动，其应力的数值可通过应力刻度尺13进行直接读取。在移动应力采集装置时，首先使前探梁20收回，使其与煤壁垂直，再将降架把手的手柄12沿竖槽9向下移动，使手柄12进入横槽10内实现降架把手的固定，然后沿滑轨17移动底板2，实现应力采集装置的移动。
【主权项】
1.一种矿山相似材料模拟试验用自移支架式应力采集装置，其特征在于，包括顶板和底板，所述顶板底部固定有支柱，所述底板顶部固定有直筒，所述支柱与直筒相适配，且所述直筒内设有弹簧，所述支柱的底端伸入直筒内并与弹簧顶端相接触;所述底板外侧固定有用于标识顶板所受应力大小的应力刻度尺。2.根据权利要求1所述的一种矿山相似材料模拟试验用自移支架式应力采集装置，其特征在于，还包括底座，所述底板位于底座内，且所述底板通过滑轨与底座相连接，所述底板能够沿底座的长度方向进行滑动。3.根据权利要求1所述的一种矿山相似材料模拟试验用自移支架式应力采集装置，其特征在于，所述顶板和底板的后端分别铰接有上掩护梁和下掩护梁，所述上掩护梁和下掩护梁的另一端相互铰接。4.根据权利要求1所述的一种矿山相似材料模拟试验用自移支架式应力采集装置，其特征在于，所述顶板的两侧分别设有挡板，所述挡板外侧对应应力刻度尺处设有应力度数指示标志。5.根据权利要求1所述的一种矿山相似材料模拟试验用自移支架式应力采集装置，其特征在于，所述顶板的前端连接有前探梁，且所述顶板通过折叠机构与前探梁相连接。6.根据权利要求2所述的一种矿山相似材料模拟试验用自移支架式应力采集装置，其特征在于，所述底座的侧边刻画有距离刻度。7.根据权利要求1所述的一种矿山相似材料模拟试验用自移支架式应力采集装置，其特征在于，所述支柱为变径圆柱体，由直径较小的第一柱体和直径较大的第二柱体构成，所述第一柱体与顶板相固定，所述第二柱体与直筒相适配，且第二柱体底端伸入直筒内并与弹貪相接触。8.根据权利要求7所述的一种矿山相似材料模拟试验用自移支架式应力采集装置，其特征在于，所述直筒上设有直线形竖槽，所述竖槽的中部或下部位置处设有与竖槽相贯通的横槽，所述竖槽与横槽呈T形设置;所述第二柱体的底端设有降架把手，所述降架把手包括一与直筒相适配的圆盘和一与圆盘相连接并向外伸出的手柄，所述手柄可沿竖槽竖向移动或沿横槽水平移动，所述第二柱体的底端与圆盘相接触。9.根据权利要求7所述的一种矿山相似材料模拟试验用自移支架式应力采集装置，其特征在于，所述直筒的顶端设有用于防止第二柱体脱离的环形卡圈，所述环形卡圈的内径小于第二柱体的直径。10.根据权利要求1所述的一种矿山相似材料模拟试验用自移支架式应力采集装置，其特征在于，所述支柱为四个，并相互对称地设置于顶板底部。
【文档编号】G01L5/00GK205642690SQ201620410271
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】张俊文, 钟帅, 黄园志, 王燕
【申请人】兰州资源环境职业技术学院