一种大倾角煤岩地层力学性状物理模拟与测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大倾角煤岩地层力学性状物理模拟与测试装置，包括在支撑上设有主动轮和从动轮支撑一对半圆形转盘，主动轮和从动轮与电机相连；一对半圆形转盘之间上下分别设有内框架梁和连接的内框架竖梁；沿内框架梁纵和内框架竖梁上连接有若干排平行分布的可移动钢柱，各排可移动钢柱上连接有由若干液压千斤顶连接的施力板；在前后排的施力板前后面上支撑有由可移动钢柱连接的液压千斤顶，相邻施力板之间填充有相似模拟材料，相似煤岩层模拟材料中埋设有连接到测试装置的压力传感器，通过测试装置获取的各施力板之间的相似煤岩层模拟材料受力变化，得出模拟煤岩层的力学性状。该装置可实现三维变角度加载，更加准确系统地分析煤岩地层力学性状。

A physical simulation and testing device for mechanical properties of coal and rock strata with large dip angle

The invention discloses a physical simulation and testing device for mechanical properties of coal and rock strata with large dip angle, which includes a pair of semicircular rotating discs supported by a driving wheel and a driven wheel on the support, a driving wheel and a driven wheel connected with a motor, a pair of semicircular rotating discs respectively with an inner frame beam and an inner frame vertical beam connected along the inner frame. A number of parallel rows of movable steel columns are connected on the vertical beam of the girder and the inner frame, and a number of hydraulic jacks are connected on each row of movable steel columns; hydraulic jacks connected by movable steel columns are supported on the front and back of the force plates, and similar analog materials are filled between adjacent force plates. A pressure sensor connected to the testing device is embedded in the similar coal and rock simulation material. The mechanical properties of the simulated coal and rock strata are obtained by simulating the stress changes of the similar coal and rock strata between the different applied force plates obtained by the testing device. The device can realize three-dimensional variable angle loading, and more accurately and systematically analyze the mechanical properties of coal and rock formations.

【技术实现步骤摘要】
一种大倾角煤岩地层力学性状物理模拟与测试装置
本专利技术涉及一种矿山煤层开采实验方法，特别是一种大倾角煤岩地层力学性状物理模拟与测试装置。
技术介绍
在我国，随着煤炭资源的不断开发，大倾角煤层等难采煤层成为了如今乃至以后我国煤炭资源开发的重点。在采矿要求安全高效开采的形势下，对于物理相似模拟研究煤岩体的稳定性产生了极大的需求，物理相似模拟实验是将现场实际的缩放模型置于实验体内，模拟真实过程主要特征，通过在模型上的实验所获得的某些量间的规律再回推到原型上，以获得对原型的规律性认识的实验方法。实验超出现有理论范围，能够研究现场不允许实验或者观测不到和测不准规律的项目，可以探索用数学方法不能解决的问题，可以明显直观地体现设想，能有效的帮助构思，最大限度地反映出物理本质，因此是矿山、岩土、地质等学科重要研究手段之一。随着煤炭开采和探测技术的不断进步，人们逐渐认识到不同方向的围岩力学特性同样对围岩的稳定性有重要影响，有很多采矿界学者提出了不同的假说和经过论证的观点，如“最大水平应力理论”，但是在我们在做物理相似模拟时，大多只考虑了铅直应力对巷道顶底板的稳定性影响，很少有人考虑到不同方向的应力加载特性对围岩稳定性的影响，这是个急需解决的问题。对于一些煤层赋存较差的矿井，在开挖巷道或工作面的推进过程中，矿压显现较为严重，经常会发生一些矿井灾害，如冲击矿压、顶板大面积来压等，都是人们对于煤岩层力学性状的科学认知欠缺，没有做到科学的预测与预防，造成大量的人员和设备损害，产生了巨大的经济损失，所以通过物理模拟实验可以直观的模拟开采和开挖的整个过程，在做模拟实验时，科研工作者更加关注上覆岩层对采场围岩稳定性的影响，需更加细致的研究岩层之间和岩层内部的力学性状，对局部三维集中应力的模拟也待提高，局部区域时研究，采矿界学者们大多只研究岩块的力学特征，缺少对整个岩体的研究和认知，对研究矿井灾害损害时，岩层的力学性状的研究对于预测和预防矿井灾害显得更为重要，研究岩层和岩体的力学性状是物理模拟实验亟需解决的问题。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种大倾角煤岩地层力学性状物理模拟与测试装置，该装置可实现三维变角度加载，可以更好的模拟岩层之间和岩层内部的相互作用，如：岩层间的滑移力、局部集中应力，可以使整体模拟装置变角度，准确模拟不同倾角的煤岩赋存状态，通过一种科学的测试方法，该系统可以更加准确、系统地分析煤岩地层力学性状。本专利技术是通过下述技术方案来实现的。一种大倾角煤岩地层力学性状物理模拟与测试装置，包括一个带有支撑的底座，在每个支撑上设有一对半圆形转盘，每个转盘上设有两个滚槽，两个滚槽分别与支撑上的主动轮和从动轮相接，主动轮和从动轮与电机相连；一对半圆形转盘之间上下分别设有内框架梁，上下内框架梁之间连接有四根内框架竖梁；沿内框架梁和内框架竖梁上连接有若干排平行分布的可移动钢柱，各排可移动钢柱上连接有由若干液压千斤顶连接的施力板；在前后排的施力板前后面上支撑有由可移动钢柱连接的液压千斤顶，相邻施力板所围成正方体内部之间填充有相似模拟材料，相似煤岩层模拟材料中埋设有连接到测试装置的压力传感器，通过测试装置获取的各施力板之间的相似煤岩层模拟材料受力变化，得出模拟煤岩层的力学性状。对于上述技术方案，本专利技术还有进一步优选的方案：进一步，在前面的半圆形转盘中间开有正方形开孔。进一步，所述内框架梁由两根内框架纵梁和两根内框架横梁连接成矩形框架，四根内框架竖梁分别连接在内框架纵梁和内框架横梁的四个角上；若干可移动钢柱平行分布在内框架纵梁和内框架竖梁上。进一步，多个可移动钢柱连接的施力板等间距布置，相似煤岩层模拟材料沿相邻施力板之间倾斜布置。进一步，每个可移动钢柱上连接等间距分布的液压千斤顶，每个液压千斤顶与长方体施力板连接。进一步，所述液压千斤顶顶部处为球形，前后排的施力板与液压千斤顶连接处为球形凹槽。进一步，施力板前后面上的可移动钢柱能够沿内框架纵梁移动或转动，内施力板上的可移动钢柱仅沿内框架纵梁转动。本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过在围成一个正方体的施力板之间铺设模拟的煤岩层铺设煤岩层模拟矿山煤岩层，通过电机转动带动可移动钢柱的移动和转动，使液压千斤顶变角度加载，并通过埋设在模拟的煤岩层铺设煤岩层中的压力传感器采集的煤岩层受力变化信息传递至测试装置，由测试装置得出煤岩层的力学性状。该装置通过物理模拟实验可以直观的模拟开采和开挖的整个过程，以及上覆岩层对采场围岩稳定性的影响，能够更加细致的研究岩层之间和岩层内部的力学性状，从而通过岩层的力学性状的研究而预测和预防矿井带来的灾害。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的不当限定，在附图中：图1为本专利技术主视图；图2为图1的侧视图；图3为图1的俯视图。图中：1、内框架纵梁；2、液压千斤顶；3、半圆形转盘；4、内框架竖梁；5、主动轮；6、底座；7、从动轮滚槽；8、施力板；9、主动轮滚槽；10、内框架横梁；11、从动轮；12、轴承；13、电机；14、可移动钢柱。具体实施方式下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本专利技术，在此本专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。如图1、2、3所示，本专利技术大倾角煤岩地层力学性状物理模拟与测试装置，包括一个支撑装置的底座6，在底座6上分布有四个支撑，其中每个支撑上带有主动轮5和从动轮11，主动轮5与底座6上的电机13连接，电机13通过轴承12固定在底座6上。主动轮5和从动轮11上设有一对半圆形转盘3，一对半圆形转盘3上分别设有两个滚槽，为主动轮滚槽9和从动轮滚槽7，主动轮滚槽9和从动轮滚槽7分别连接主动轮5和从动轮11；在前面的半圆形转盘3中间开有正方形开孔。在一对半圆形转盘3之间上下分别设有内框架梁，内框架梁由两根内框架纵梁1和两根内框架横梁10连接成矩形框架，上下内框架梁之间连接有四根内框架竖梁4；沿内框架纵梁1和内框架竖梁上4平行分布有若干可移动钢柱14，见图2所示。各排可移动钢柱14上连接有由若干液压千斤顶2连接的施力板8。在前后排的施力板8前后面上支撑有由可移动钢柱14连接的液压千斤顶2；其中，前后排的可移动钢柱14能够沿内框架纵梁1移动或转动，内施力板8上的可移动钢柱14仅沿内框架纵梁1转动。液压千斤顶2顶部处为球形，前后排的施力板8与液压千斤顶2相接处为球形凹槽。在相邻施力板8之间填充有相似模拟材料，相似煤岩层模拟材料中埋设有连接到测试装置的压力传感器，通过测试装置获取的各施力板8之间的相似煤岩层模拟材料受力变化，得出模拟煤岩层的力学性状。下面给出一个通过具体结构原理来进一步说明本专利技术。1.框架外框架结构为前后两个半圆形转盘3。内部框架为内框架竖梁4、内框架纵梁1、内框架横梁10。内部结构为可移动钢柱14、液压千斤顶2、施力板8。实验整体外框架为2.6m×2.6m×2.6m，内部加载施力板内部为2.0m×2.0m×2.0m。外部为先后各一个的半圆形转盘3，每个转盘上有主动轮滚槽9和从动轮滚槽7，分别连接主动轮5和从动轮11，两个滚轮分别布置在转盘的左右各一个，前面的转盘中间掏空，形状为正方形，从开孔处可以方便地观察施力板8和相似煤岩层模拟材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大倾角煤岩地层力学性状物理模拟与测试装置，包括一个带有支撑的底座(6)，在每个支撑上设有一对半圆形转盘(3)，每个转盘上设有两个滚槽，两个滚槽分别与支撑上的主动轮(5)和从动轮(11)相接，主动轮(5)和从动轮(11)与电机(13)相连；一对半圆形转盘(3)之间上下分别设有内框架梁，上下内框架梁之间连接有四根内框架竖梁(4)；沿内框架梁和内框架竖梁(4)上连接有若干排平行分布的可移动钢柱(14)，各排可移动钢柱(14)上连接有由若干液压千斤顶(2)连接的施力板(8)；在前后排的施力板(8)前后面上支撑有由可移动钢柱(14)连接的液压千斤顶(2)，相邻施力板(8)所围成正方体内部之间填充有相似模拟材料，相似煤岩层模拟材料中埋设有连接到测试装置的压力传感器，通过测试装置获取的各施力板(8)之间的相似煤岩层模拟材料受力变化，得出模拟煤岩层的力学性状。

【技术特征摘要】
1.一种大倾角煤岩地层力学性状物理模拟与测试装置，包括一个带有支撑的底座(6)，在每个支撑上设有一对半圆形转盘(3)，每个转盘上设有两个滚槽，两个滚槽分别与支撑上的主动轮(5)和从动轮(11)相接，主动轮(5)和从动轮(11)与电机(13)相连；一对半圆形转盘(3)之间上下分别设有内框架梁，上下内框架梁之间连接有四根内框架竖梁(4)；沿内框架梁和内框架竖梁(4)上连接有若干排平行分布的可移动钢柱(14)，各排可移动钢柱(14)上连接有由若干液压千斤顶(2)连接的施力板(8)；在前后排的施力板(8)前后面上支撑有由可移动钢柱(14)连接的液压千斤顶(2)，相邻施力板(8)所围成正方体内部之间填充有相似模拟材料，相似煤岩层模拟材料中埋设有连接到测试装置的压力传感器，通过测试装置获取的各施力板(8)之间的相似煤岩层模拟材料受力变化，得出模拟煤岩层的力学性状。2.根据权利要求1所述的大倾角煤岩地层力学性状物理模拟与测试装置，其特征在于，在前面的半圆形转盘(3)中间开有正方形开孔。3.根据权利要求1所述的大倾角煤岩地层力学性状物理模拟与测试装置，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：解盘石，段建杰，田双奇，罗生虎，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61