固体材料条带充填稳定性模拟系统、实验主体以及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种固体材料条带充填稳定性模拟系统、实验主体以及方法，其包括实验主体、控制中心、压力双控伺服装置、应力位移双控伺服装置、制浆装置、输送装置与破碎装置，破碎装置与输送装置相连通，输送装置位于实验主体一侧，输送装置用于向实验主体内输送物料，制浆装置布置在实验主体另一侧，制浆装置与实验主体相连通，制浆装置用于向实验主体内输送物料；压力双控伺服装置、应力位移双控伺服装置通过控制中心与实验主体相连接；以及固体材料条带充填稳定性模拟方法。结构牢固，组装简单，操作方便，可以模拟固体材料条带充填受力全过程中所遇到的多种情况，实验得到的数据准确，对固体材料条带充填的稳定性可以进行定量分析。

Simulation system, experimental subject and method of solid material strip filling stability

The invention discloses a solid material strip filling stability simulation system, experimental subject and method, which includes experimental subject, control center, pressure double control servo device, stress and displacement dual control servo device, pulping device, conveying device and crushing device, connecting the crushing device with the conveying device and conveying the device position. On the side of the experimental subject, the conveying device is used to transport materials to the experimental subject. The pulping device is arranged on the other side of the experimental subject. The pulping device is connected with the experimental body. The pulping device is used to transport the material into the experimental subject. The pressure double control servo device and the stress displacement dual control servo device pass through the control center and the experimental master. Solid phase connection and the simulation method of solid material strip filling stability. It has strong structure, simple assembly and convenient operation. It can simulate various situations in the whole process of solid material filling and filling. The data obtained by the experiment are accurate, and the stability of solid material filling can be quantitatively analyzed.

【技术实现步骤摘要】
固体材料条带充填稳定性模拟系统、实验主体以及方法
本专利技术涉及实验室内模拟煤矿充填开采
，尤其涉及一种用于固体材料条带充填稳定性模拟系统的实验主体、固体材料条带充填稳定性模拟系统、固体材料条带充填稳定性模拟方法。
技术介绍
目前，煤矿充填开采是控制地表沉陷，提高煤炭采出率，解决开采沉陷问题的有效措施。但是，充填材料存在需求与供应的严重不平衡，煤矿自身的工业废弃物比例相对于采煤量很小，难以满足全部充填的要求。为了解决充填材料的问题，煤矿通常采用以下两种方法：一是进行条带充填，减少充填料的需求量，二是充填其他固体废料，如建筑垃圾等等。以上两种方法促进了固体材料条带充填采空区技术的兴起和发展。固体材料条带充填时往往处于单向压缩状态，由于没有侧向压力的约束，变形较大，条带稳定性是采空区稳定及地表建筑安全的关键因素，值得深入探究。但目前针对固体充填条带稳定性实验装置和方法较少，尚未建筑报道。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供的一种用于固体材料条带充填稳定性模拟系统的实验主体、固体材料条带充填稳定性模拟系统、固体材料条带充填稳定性模拟方法，获取更真实的模拟数据，以满足指导现场应用的要求。为解决上述技术问题，本专利技术方案包括：一种用于固体材料条带充填稳定性模拟系统的实验主体，其包括刚体机架与调斜装置，其中，该刚体机架包括基座，基座设置在一底座上，基座的四周布置有立柱，立柱的上端均布置在一顶板上，基座与立柱形成用于放置加载仓的布置空间，立柱与基座及顶板之间采用螺栓连接，该顶板上方焊接有两道加强筋板，顶板下方安装有加载系统，基座通过铰接结构、人工调斜装置布置在底座上。所述的实验主体，其中，上述加载系统包括分区柔性加载板，分区柔性加载板通过多个液压千斤顶连接在顶板上，分区柔性加载板包括精钢层与橡胶层，精钢层与液压千斤顶相连接，橡胶层位于精钢层下方。所述的实验主体，其中，上述布置空间内布置有加载仓，加载仓包括加载仓底板，加载仓底板上布置有多个前挡板、后挡板以及侧边界板，加载仓底板与前挡板、后挡板以及侧边界板形成上述加载仓；同一层的前挡板布置在布置空间的前方，后挡板布置在布置空间的后方，前挡板与后单板同侧的两端布置有侧边界板，如此依次排布。所述的实验主体，其中，上述加载仓底板上设置有两圈凹槽，呈“回”字形布置，两圈凹槽分别作为加载仓和水箱在底板的固定槽位，加载仓底板左端前后各设有一个转轴，转轴嵌在位于立柱底端的轴槽内；水箱位于加载仓的外层，水箱为一组可拆卸的有机玻璃板，有机玻璃板的对接处设有凹槽，其内部嵌入橡胶条用于封水。所述的实验主体，其中，上述调斜装置包括一对调斜液压千斤顶，调斜液压千斤顶两端分别固定在加载仓底板和基座，基座的一侧设置有两个托盘，托盘在高度上与左端轴槽相匹配，使加载仓底板在调斜液压千斤顶卸压后保持水平。所述的实验主体，其中，上述人工调斜装置固定连接在底座和基座之间，在底座后面设置两个上述铰接结构，铰接结构与人工调斜装置配合，达到调斜加载仓短轴方向的目的。一种带有上述实验主体的固体材料条带充填稳定性模拟系统，其包括实验主体、控制中心、压力双控伺服装置、应力位移双控伺服装置、制浆装置、输送装置与破碎装置，破碎装置与输送装置相连通，输送装置位于实验主体一侧，输送装置用于向实验主体内输送物料，制浆装置布置在实验主体另一侧，制浆装置与实验主体相连通，制浆装置用于向实验主体内输送物料；压力双控伺服装置、应力位移双控伺服装置通过控制中心与实验主体相连接。所述的固体材料条带充填稳定性模拟系统，其中，上述制浆装置由煤灰搅拌筒、平面振动筛、第二搅拌筒、储浆池组成，上述压力双控伺服装置与储浆池相连接。一种带有上述实验主体的固体材料条带充填稳定性模拟方法，其包括以下步骤：A、根据地质条件，调整底部的一对调斜液压千斤顶及人工调斜装置，满足固体条带的倾角；B、选择配制顶板岩层、固体条带、底板岩层的材料，其中顶板岩层相似材料为流固耦合材料，具有耐水性；C、组装、固定加载仓，通过破碎装置将破碎矸石或建筑垃圾制备成合理的粒径，通过输送装置将材料输送到加载仓，按照几何相似比1:10-1:20的比例，在加载仓内逐层铺设顶板岩层、固体条带、底板岩层，在底板岩层和顶板岩层的对应位置埋设应力传感器、位移传感器；D、固定顶板加载系统，进行初始加载，模拟初始压实，然后拆除加载仓前后挡板，解除两侧约束；E、根据地应力条件，通过顶板加载系统进行加载，模拟顶底板的应力情况，测试其单轴抗压强度；或者以单轴抗压强度的60％、70％、80％依次递增蠕变加载，测试其单轴蠕变强度；F、为模拟地下水或季节性降水对固体条带稳定性的影响，通过压力双控伺服装置对固体条带注水浸泡；H、为模拟固体条带注浆对固体条带稳定性的影响，在铺设固体条带过程中，边铺设边用压力双控伺服装置将配置好的浆液通过注浆管注入加载仓中；J、分区柔性加载既能实现分区加载，模拟固体材料条带充填部分失稳时，固体材料条带由局部到整体失稳的渐进过程，又能由柔性边界提供均匀力边界条件；对上述过程进行观测并记录模拟实验所得数据。所述的固体材料条带充填稳定性模拟方法，上述步骤H具体的还包括：按照现场浆液材料、配比，用制浆装置制备浆液：首先将粉煤灰送入粉煤灰搅拌筒加水进行第一次搅拌，流出后经过孔眼Φ＝3mm的筒箍或平面振动筛除碴，3mm以下粉煤灰浆液流入第二个搅拌筒，加水泥进行第二次搅拌，搅拌好后流入储浆池。本专利技术提供了一种用于固体材料条带充填稳定性模拟系统的实验主体、固体材料条带充填稳定性模拟系统、固体材料条带充填稳定性模拟方法，结构牢固，组装简单，操作方便，可以模拟固体材料条带充填受力全过程中所遇到的多种情况，实验得到的数据准确，对固体材料条带充填的稳定性可以进行定量分析；可以模拟不同情况下固体材料条带充填时最佳的粒径级配，通过改变固体材料条带中注浆参数，得出控制固体材料条带稳定性的最佳注浆参数，为现场固体材料条带维护提供依据，本专利技术具有简单易操作，能安全、有效、经济地确定固体材料条带稳定性，通过室内物理实验能有效指导现场实践工作中的固体材料条带稳定的治理问题，具有很好的推广应用前景。附图说明图1为本专利技术中固体材料条带充填稳定性模拟系统的结构示意图；图2为本专利技术中实验主体的结构示意图；图3为本专利技术中煤层水平时铺设的示意图；图4为本专利技术中煤层倾角时铺设的示意图；图5为本专利技术中带加强筋的侧边界板的示意图；图6为本专利技术中有机玻璃板的示意图；图7为本专利技术中带固定槽的加载仓底板的示意图；其中，1、实验主体；2、控制中心；3、压力双控伺服装置；4、应力位移双控伺服装置；5、制浆装置；6、输送装置；7、破碎装置；101、基座；102、立柱；103、侧边界板；104、分区柔性加载板；105、伺服液压千斤顶；106、顶板；107、前后挡板；108、有机玻璃板；109、加载仓底板；110、托盘；111、调斜液压千斤顶；112、轴槽；113、铰接结构；114、底座；115、人工调斜装置；201、加载仓；202、顶板岩层；203、固体条带；204、底板岩层。具体实施方式本专利技术提供了一种用于固体材料条带充填稳定性模拟系统的实验主体、固体材料条带充填稳定性模拟系统、固体材料条带充填稳定性模拟方法，为使本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于固体材料条带充填稳定性模拟系统的实验主体，其包括刚体机架与调斜装置，其特征在于，该刚体机架包括基座，基座设置在一底座上，基座的四周布置有立柱，立柱的上端均布置在一顶板上，基座与立柱形成用于放置加载仓的布置空间，立柱与基座及顶板之间采用螺栓连接，该顶板上方焊接有两道加强筋板，顶板下方安装有加载系统，基座通过铰接结构、人工调斜装置布置在底座上。

【技术特征摘要】
1.一种用于固体材料条带充填稳定性模拟系统的实验主体，其包括刚体机架与调斜装置，其特征在于，该刚体机架包括基座，基座设置在一底座上，基座的四周布置有立柱，立柱的上端均布置在一顶板上，基座与立柱形成用于放置加载仓的布置空间，立柱与基座及顶板之间采用螺栓连接，该顶板上方焊接有两道加强筋板，顶板下方安装有加载系统，基座通过铰接结构、人工调斜装置布置在底座上。2.根据权利要求1所述的实验主体，其特征在于，上述加载系统包括分区柔性加载板，分区柔性加载板通过多个液压千斤顶连接在顶板上，分区柔性加载板包括精钢层与橡胶层，精钢层与液压千斤顶相连接，橡胶层位于精钢层下方。3.根据权利要求2所述的实验主体，其特征在于，上述布置空间内布置有加载仓，加载仓包括加载仓底板，加载仓底板上布置有多个前挡板、后挡板以及侧边界板，加载仓底板与前挡板、后挡板以及侧边界板形成上述加载仓；同一层的前挡板布置在布置空间的前方，后挡板布置在布置空间的后方，前挡板与后单板同侧的两端布置有侧边界板，如此依次排布。4.根据权利要求3所述的实验主体，其特征在于，上述加载仓底板上设置有两圈凹槽，呈“回”字形布置，两圈凹槽分别作为加载仓和水箱在底板的固定槽位，加载仓底板左端前后各设有一个转轴，转轴嵌在位于立柱底端的轴槽内；水箱位于加载仓的外层，水箱为一组可拆卸的有机玻璃板，有机玻璃板的对接处设有凹槽，其内部嵌入橡胶条用于封水。5.根据权利要求4所述的实验主体，其特征在于，上述调斜装置包括一对调斜液压千斤顶，调斜液压千斤顶两端分别固定在加载仓底板和基座，基座的一侧设置有两个托盘，托盘在高度上与左端轴槽相匹配，使加载仓底板在调斜液压千斤顶卸压后保持水平。6.根据权利要求4所述的实验主体，其特征在于，上述人工调斜装置固定连接在底座和基座之间，在底座后面设置两个上述铰接结构，铰接结构与人工调斜装置配合，达到调斜加载仓短轴方向的目的。7.一种带有如权利要求1所述实验主体的固体材料条带充填稳定性模拟系统，特征在于，其包括实验主体、控制中心、压力双控伺服装置、应力位移双控伺服装置、制浆装置、输送装置与破碎装置，破碎装置与输送装置相连通，输送装置位于实验主体一侧，输送装...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昌祥，沈宝堂，路瑶，孙熙震，孟凡宝，张步初，孙传平，王文博，梁彦波，崔博强，郭皓，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37