一种动荷载影响下顶板渗流试验装置及方法制造方法及图纸

一种动荷载影响下顶板渗流试验装置及方法，属于采矿工程技术领域。所述动荷载影响下顶板渗流试验装置，包括实验罐体、轴压系统、围压系统、大渗流系统、动荷载系统、外部框架和控制系统，控制系统包括围压控制器、轴压控制器、大渗流控制器、动荷载控制器和数据采集器，动荷载影响下顶板渗流试验装置的试验方法，包括步骤一、在顶板试样的侧壁粘贴应变片和埋设振动传感器，步骤二、安装顶板试样，步骤三、施加围压前准备，步骤四、大渗流试验前饱水排气，步骤五、开始试验并采集数据，步骤六、复位、卸压，步骤七、顶板试样拆卸。所述动荷载影响下顶板渗流试验装置及方法能够同时采集顶板试样在施加轴压、围压、动荷载以及大渗流供水时的数据。

【技术实现步骤摘要】
一种动荷载影响下顶板渗流试验装置及方法
本专利技术涉及采矿工程
，特别涉及一种动荷载影响下顶板渗流试验装置及方法。
技术介绍
水在煤系地层中广泛分布，一般分为承压水和自由水。巷道开挖与掘进破坏了岩体的原岩应力状态，应力调整过程中改变了岩体的结构及其赋存形态，易于引起巷道顶板水的流动，如果水压及水量较大，可能造成突水事故。研究发现顶板水渗流过程中，不仅削弱了顶板岩石的强度，也降低了支护体的强度，易于诱发巷道顶板变形失稳。目前渗流研究倾向大多是从微观对岩体或土体内部水迁移路径及水迁移过程中局部区域的物理力学性能变化展开研究。由于受到研究对象缩放比例、尺寸的影响，很难对整个顶板存在原生裂隙的脆弱区以和相对完整、致密物理力学性能较好的稳定区，在外部动力影响下对顶板渗流情况及顶板整体的稳定性展开研究，以往的研究无法同时获取脆弱区域和稳定区域的协同变化。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种动荷载影响下顶板渗流试验装置及方法，能够同时采集顶板试样在施加轴压、围压、动荷载以及大渗流供水时的数据，能够研究富水地段顶板由原生裂隙主导的脆弱区域影响范围、弱化程度并总结裂隙形式与影响范围、弱化程度之间的规律，进而展开脆弱区在受到持续渗流、突发动荷载影响下失稳、破坏对外缘稳定区域及顶板整体稳定性的影响。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种动荷载影响下顶板渗流试验装置，包括实验罐体、轴压系统、围压系统、大渗流系统、动荷载系统、外部框架和控制系统；所述实验罐体的顶部设有出水口，实验罐体的底部设有进水口，实验罐体侧壁的下部设有第一通孔，实验罐体侧壁的上部设有第二通孔，实验罐体的内部设置有顶板试样，所述顶板试样内设有裂隙，顶板试样的侧壁设有应变片和振动传感器，顶板试样的上方设有上保护板，顶板试样的下方设有下保护板，所述上保护板和下保护板均设有与所述裂隙正对的通槽，所述上保护板的上方设有上渗透加压板，所述下保护板的下方设有下渗透加压板，所述上保护板和上渗透加压板均设有相对应的渗流孔，所述下保护板和下渗透加压板均设有相对应的渗流孔，所述上渗透加压板和下渗透加压板均设有渗透板引水接头，所述上渗透加压板的渗透板引水接头通过金属承压水管与所述出水口连接，所述下渗透加压板的渗透板引水接头通过金属承压水管与所述进水口连接，所述上渗透加压板、上保护板、顶板试样、下保护板、下渗透加压板、应变片和振动传感器的整体的外部包裹隔油橡胶膜；所述轴压系统包括上加载活塞、加载千斤顶、下加载活塞和压力传感器，所述上加载活塞设置在上渗透加压板的上方，且与实验罐体的顶部通过线轴承连接，上加载活塞的上方设有加载千斤顶，所述下加载活塞设置在下渗透加压板的下方，且与实验罐体的底部通过线轴承连接，所述下加载活塞的下方设有压力传感器；所述围压系统包括液压油罐、进油泵组和回油气泵，所述液压油罐分别通过第一围压管线和第二围压管线与第一通孔连通，液压油罐通过第三围压管线与第二通孔连通，所述第一围压管线上设置有进油泵组和第一截止阀，所述第二围压管线上设有第二截止阀，所述第三围压管线上设有第五截止阀和第三截止阀，所述第五截止阀设置在靠近液压油罐的一侧，所述回油气泵设置在第五截止阀和第三截止阀之间，且通过第四围压管线与第三围压管线连通，所述第四围压管线上设有第四截止阀；所述大渗流系统包括集水槽、进水泵组、溢流阀、进水水压传感器、出水水压传感器、第一流量计和第二流量计，所述集水槽通过第一渗流管线与进水口连通，所述第一渗流管线上设置有溢流阀和进水泵组，所述溢流阀设置在靠近进水口的一侧，溢流阀通过第二渗流管线与集水槽连通，进水水压传感器设置在进水口处，所述出水口分别通过第三渗流管线和第四渗流管线与集水槽连通，所述第三渗流管线上设置有第一流量计和第六截止阀，所述第四渗流管线上设置有第二流量计和第七截止阀，所述第三渗流管线和第四渗流管线靠近出水口的一侧同时与出水水压传感器连接；所述动荷载系统包括动荷载伸缩臂和轨道基座，所述动荷载伸缩臂的上部与实验罐体的底部连接，所述轨道基座设置在动荷载伸缩臂的下方，且与动荷载伸缩臂通过多个滚珠排连接；所述外部框架设置在实验罐体的四周，所述外部框架的立柱与轨道基座通过用组装定位螺母连接，所述外部框架的立柱上设有多个调高螺旋，所述调高螺旋与实验罐体的侧壁连接，所述外部框架的底部与轨道基座通过滚珠排连接；所述控制系统包括围压控制器、轴压控制器、大渗流控制器、动荷载控制器和数据采集器，所述围压控制器与进油泵组连接，所述轴压控制器与加载千斤顶连接，所述大渗流控制器与溢流阀连接，所述动荷载控制器与动荷载伸缩臂连接，所述数据采集器分别与应变片和振动传感器连接。所述顶板试样为圆柱结构，其直径为30～45cm，其高为10～15cm，所述裂隙的开度为0.5～2.0mm，裂隙与水平方向的夹角为65～90°。所述应变片和振动传感器沿顶板试样侧壁同一水平高度的周向间隔设置，所述顶板试样侧壁的上部、中部和下部均分别设有应变片和振动传感器。所述上保护板和下保护板均由塑性隔水材料制成，所述通槽与裂隙开度相同，深为2.0mm。所述实验罐体的底部设有数据线孔，所述应变片和振动传感器均与数据采集器通过数据线连接，所述数据线穿过数据线孔。所述轨道基座顶部的中间设有凹槽一，所述动荷载伸缩臂底部设有与轨道基座的凹槽一对应的凸起，所述轨道基座的凹槽一与动荷载伸缩臂底部的凸起通过滚珠排连接，所述轨道基座顶部的四周设有凹槽二，所述凹槽二与动荷载伸缩臂底部通过滚珠排连接，所述轨道基座的侧面设有凹槽三，所述凹槽三与外部框架的底部通过滚珠排连接。所述第一流量计和第二流量计均设置在靠近集水槽的一侧，第一流量计的量程为1000ml/s～20000ml/s，第二流量计的量程为0.5ml/s～5000ml/s。所述上渗透加压板的顶部设有与上加载活塞对应的上加压板凹槽，所述下渗透加压板的底部设有与下加载活塞对应的下加压板凹槽。所述试验罐体的侧壁与试验罐体的底部通过卡扣连接，所述卡扣的外部设有卡扣套环。上述一种动荷载影响下顶板渗流试验装置的试验方法，包括以下步骤：步骤一、在顶板试样的侧壁粘贴应变片和埋设振动传感器，顶板试样侧壁的上部、中部和下部均分别设有应变片和振动传感器，在同一水平面上的应变片和振动传感器间隔设置；步骤二、安装顶板试样，首先用组装定位螺母将外部框架与轨道基座固定，将上保护板和下保护板的通槽分别与顶板试样的裂隙正对，将上保护板和上渗透加压板的渗流孔对应，将下保护板和下渗透加压板的渗流孔对应，按照上渗透加压板、上保护板、顶板试样、下保护板和下渗透加压板的顺序对齐后用隔油橡胶膜包裹，并整体安放于下加载活塞上，使下渗透加压板的下加压板凹槽与下加载活塞对应，将应变片和振动传感器分别通过数据线与数据采集器连接，上渗透加压板和下渗透加压板的渗透板引水接头分别与金属承压水管连接，调节外部框架上的调高螺旋降下实验罐体，使金属承压水管与对应的进水口或出水口连接，将卡扣插入实验罐体侧壁与实验罐体底部连接处，对齐后放下卡扣套环；步骤三、施加围压前准备，首先打开第一截止阀、关闭第二截止阀、打开第三截止阀、关闭第四截止阀、打开第五截止阀，启动进油泵组，使液压油罐通过第一通孔向实验罐体内部充液压油，用于对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动荷载影响下顶板渗流试验装置，其特征在于，包括实验罐体、轴压系统、围压系统、大渗流系统、动荷载系统、外部框架和控制系统；所述实验罐体的顶部设有出水口，实验罐体的底部设有进水口，实验罐体侧壁的下部设有第一通孔，实验罐体侧壁的上部设有第二通孔，实验罐体的内部设置有顶板试样，所述顶板试样内设有裂隙，顶板试样的侧壁设有应变片和振动传感器，顶板试样的上方设有上保护板，顶板试样的下方设有下保护板，所述上保护板和下保护板均设有与所述裂隙正对的通槽，所述上保护板的上方设有上渗透加压板，所述下保护板的下方设有下渗透加压板，所述上保护板和上渗透加压板均设有相对应的渗流孔，所述下保护板和下渗透加压板均设有相对应的渗流孔，所述上渗透加压板和下渗透加压板均设有渗透板引水接头，所述上渗透加压板的渗透板引水接头通过金属承压水管与所述出水口连接，所述下渗透加压板的渗透板引水接头通过金属承压水管与所述进水口连接，所述上渗透加压板、上保护板、顶板试样、下保护板、下渗透加压板、应变片和振动传感器的整体的外部包裹隔油橡胶膜；所述轴压系统包括上加载活塞、加载千斤顶、下加载活塞和压力传感器，所述上加载活塞设置在上渗透加压板的上方，且与实验罐体的顶部通过线轴承连接，上加载活塞的上方设有加载千斤顶，所述下加载活塞设置在下渗透加压板的下方，且与实验罐体的底部通过线轴承连接，所述下加载活塞的下方设有压力传感器；所述围压系统包括液压油罐、进油泵组和回油气泵，所述液压油罐分别通过第一围压管线和第二围压管线与第一通孔连通，液压油罐通过第三围压管线与第二通孔连通，所述第一围压管线上设置有进油泵组和第一截止阀，所述第二围压管线上设有第二截止阀，所述第三围压管线上设有第五截止阀和第三截止阀，所述第五截止阀设置在靠近液压油罐的一侧，所述回油气泵设置在第五截止阀和第三截止阀之间，且通过第四围压管线与第三围压管线连通，所述第四围压管线上设有第四截止阀；所述大渗流系统包括集水槽、进水泵组、溢流阀、进水水压传感器、出水水压传感器、第一流量计和第二流量计，所述集水槽通过第一渗流管线与进水口连通，所述第一渗流管线上设置有溢流阀和进水泵组，所述溢流阀设置在靠近进水口的一侧，溢流阀通过第二渗流管线与集水槽连通，进水水压传感器设置在进水口处，所述出水口分别通过第三渗流管线和第四渗流管线与集水槽连通，所述第三渗流管线上设置有第一流量计和第六截止阀，所述第四渗流管线上设置有第二流量计和第七截止阀，所述第三渗流管线和第四渗流管线靠近出水口的一侧同时与出水水压传感器连接；所述动荷载系统包括动荷载伸缩臂和轨道基座，所述动荷载伸缩臂的上部与实验罐体的底部连接，所述轨道基座设置在动荷载伸缩臂的下方，且与动荷载伸缩臂通过多个滚珠排连接；所述外部框架设置在实验罐体的四周，所述外部框架的立柱与轨道基座通过用组装定位螺母连接，所述外部框架的立柱上设有多个调高螺旋，所述调高螺旋与实验罐体的侧壁连接，所述外部框架的底部与轨道基座通过滚珠排连接；所述控制系统包括围压控制器、轴压控制器、大渗流控制器、动荷载控制器和数据采集器，所述围压控制器与进油泵组连接，所述轴压控制器与加载千斤顶连接，所述大渗流控制器与溢流阀连接，所述动荷载控制器与动荷载伸缩臂连接，所述数据采集器分别与应变片和振动传感器连接。...

【技术特征摘要】
1.一种动荷载影响下顶板渗流试验装置，其特征在于，包括实验罐体、轴压系统、围压系统、大渗流系统、动荷载系统、外部框架和控制系统；所述实验罐体的顶部设有出水口，实验罐体的底部设有进水口，实验罐体侧壁的下部设有第一通孔，实验罐体侧壁的上部设有第二通孔，实验罐体的内部设置有顶板试样，所述顶板试样内设有裂隙，顶板试样的侧壁设有应变片和振动传感器，顶板试样的上方设有上保护板，顶板试样的下方设有下保护板，所述上保护板和下保护板均设有与所述裂隙正对的通槽，所述上保护板的上方设有上渗透加压板，所述下保护板的下方设有下渗透加压板，所述上保护板和上渗透加压板均设有相对应的渗流孔，所述下保护板和下渗透加压板均设有相对应的渗流孔，所述上渗透加压板和下渗透加压板均设有渗透板引水接头，所述上渗透加压板的渗透板引水接头通过金属承压水管与所述出水口连接，所述下渗透加压板的渗透板引水接头通过金属承压水管与所述进水口连接，所述上渗透加压板、上保护板、顶板试样、下保护板、下渗透加压板、应变片和振动传感器的整体的外部包裹隔油橡胶膜；所述轴压系统包括上加载活塞、加载千斤顶、下加载活塞和压力传感器，所述上加载活塞设置在上渗透加压板的上方，且与实验罐体的顶部通过线轴承连接，上加载活塞的上方设有加载千斤顶，所述下加载活塞设置在下渗透加压板的下方，且与实验罐体的底部通过线轴承连接，所述下加载活塞的下方设有压力传感器；所述围压系统包括液压油罐、进油泵组和回油气泵，所述液压油罐分别通过第一围压管线和第二围压管线与第一通孔连通，液压油罐通过第三围压管线与第二通孔连通，所述第一围压管线上设置有进油泵组和第一截止阀，所述第二围压管线上设有第二截止阀，所述第三围压管线上设有第五截止阀和第三截止阀，所述第五截止阀设置在靠近液压油罐的一侧，所述回油气泵设置在第五截止阀和第三截止阀之间，且通过第四围压管线与第三围压管线连通，所述第四围压管线上设有第四截止阀；所述大渗流系统包括集水槽、进水泵组、溢流阀、进水水压传感器、出水水压传感器、第一流量计和第二流量计，所述集水槽通过第一渗流管线与进水口连通，所述第一渗流管线上设置有溢流阀和进水泵组，所述溢流阀设置在靠近进水口的一侧，溢流阀通过第二渗流管线与集水槽连通，进水水压传感器设置在进水口处，所述出水口分别通过第三渗流管线和第四渗流管线与集水槽连通，所述第三渗流管线上设置有第一流量计和第六截止阀，所述第四渗流管线上设置有第二流量计和第七截止阀，所述第三渗流管线和第四渗流管线靠近出水口的一侧同时与出水水压传感器连接；所述动荷载系统包括动荷载伸缩臂和轨道基座，所述动荷载伸缩臂的上部与实验罐体的底部连接，所述轨道基座设置在动荷载伸缩臂的下方，且与动荷载伸缩臂通过多个滚珠排连接；所述外部框架设置在实验罐体的四周，所述外部框架的立柱与轨道基座通过用组装定位螺母连接，所述外部框架的立柱上设有多个调高螺旋，所述调高螺旋与实验罐体的侧壁连接，所述外部框架的底部与轨道基座通过滚珠排连接；所述控制系统包括围压控制器、轴压控制器、大渗流控制器、动荷载控制器和数据采集器，所述围压控制器与进油泵组连接，所述轴压控制器与加载千斤顶连接，所述大渗流控制器与溢流阀连接，所述动荷载控制器与动荷载伸缩臂连接，所述数据采集器分别与应变片和振动传感器连接。2.根据权利要求1所述的动荷载影响下顶板渗流试验装置，其特征在于，所述顶板试样为圆柱结构，其直径为30～45cm，其高为10～15cm，所述裂隙的开度为0.5～2.0mm，裂隙与水平方向的夹角为65～90°。3.根据权利要求1所述的动荷载影响下顶板渗流试验装置，其特征在于，所述应变片和振动传感器沿顶板试样侧壁同一水平高度的周向间隔设置，所述顶板试样侧壁的上部、中部和下部均分别设有应变片和振动传感器。4.根据权利要求1所述的动荷载影响下顶板渗流试验装置，其特征在于，所述上保护板和下保护板均由塑性隔水材料制成，所述通槽与裂隙开度相同，深为2.0mm。5.根据权利要求1所述的动荷载影响下顶板渗流试验装置，其特征在于，所述实验罐体的底部设有数据线孔，所述应变片和振动传感器均与数据采集器通过数据线连接，所述数据线穿过数据线孔。6.根据权利要求1所述的动荷载影响下顶板渗流试验装置，其特征在于，所述轨道基座顶部的中间设有凹槽一，所述动荷载伸缩臂底部设有与轨道基座的凹槽一对应的凸起，所述轨道基座的凹槽一与动荷载伸缩臂底部的凸起通过滚珠...

【专利技术属性】
技术研发人员：张向东，杨建军，张哲诚，高海洋，刘家顺，于昕言，魏学达，李永启，周林林，董泽，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21