一种采空区矿柱稳定性模拟试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种采空区矿柱稳定性模拟试验装置，包括：底座；固定矿柱模型的矿柱模具，矿柱模具设置于底座上；向矿柱模型施加动荷载的动力加载系统；以及监测矿柱模型裂隙程度的声波监测系统。根据本实用新型专利技术的采空区矿柱稳定性模拟试验装置，结构简单和使用方便，该装置不仅能模拟不同矿柱类型和不同受力加载，还可以通过拆卸和更换不同规格的矿柱模具调整矿柱模具的高度和直径，结构相对简单、使用方便，实现了对采空区不同尺寸矿柱模型的动力加载。

A simulation test device for pillar stability in Goaf

【技术实现步骤摘要】
一种采空区矿柱稳定性模拟试验装置
本技术属于相似模拟试验装
，具体涉及一种采空区矿柱稳定性模拟试验装置。
技术介绍
矿产资源在我国国民经济的发展中占据主要地位，随着国民经济的快速发展，国家对矿产资源的需求逐渐加大，开采深度也不断增加，矿产资源开采的安全问题就成为不可忽视的内容。其中，采空区是矿产资源安全生产中潜在的安全隐患之一。在露天矿逐层向下开采过程中，采空区上覆岩层厚度逐渐减小，采空区所对应的覆盖层上作业的大型机械施工设备产生动能及自重，容易形成对采空区矿柱的加载环境。在机械施工条件下，下伏采空区矿柱极易变形破坏，将导致采空区产生新的冒落、塌陷。当下伏采空区变形破坏范围发展到一定程度，采空区顶板安全厚度不足时，将严重威胁作业人员和大型采掘设备安全。因此，为保证采空区上部安全生产，有必要对机械施工条件下采空区矿柱稳定性进行系统研究。物理相似模拟实验是科学实验的一种，它是一种经济、便捷、安全高效的方法。用与天然岩石物理力学性质相似的人工材料，按矿山实际原型，遵循一定比例缩小做成的模型，然后在模型中开施加荷载模拟矿山环境。观察模型的变形，位移，破坏和压力等情况，据以分析，推测原型中所发生的情况，在地下开采、边坡工程、隧道工程、水利工程等领域研究中应用广泛。相似模拟试验也是研究机械施工条件下采空区矿柱稳定性的有效途径，可以采用相似模拟试验装置来研究机械施工条件下采空区矿柱稳定性问题。采空区矿柱稳定性监测及试验以理论分析、现场监控以及数值模拟等为主要方式实现，室内相似模拟试验开展较少，已有模拟试验装置主要采用静力加载，与现场机械施工设备的动荷载状态不完全吻合，会产生一定程度的误差，降低了试验精度和可靠度。针对现有的采空区矿柱稳定性监测技术所存在的问题，需要一种更加适用的矿柱稳定性模拟试验装置。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种采空区矿柱稳定性模拟试验装置。根据本技术的采空区矿柱稳定性模拟试验装置，结构简单和使用方便，该装置不仅能模拟不同矿柱类型和不同受力加载，还可以通过拆卸和更换不同规格的矿柱模具调整矿柱模具的高度和直径，结构相对简单、使用方便，实现了对采空区不同尺寸矿柱模型的动力加载。根据本技术提供了一种采空区矿柱稳定性模拟试验装置，包括：包括：底座；固定矿柱模型的矿柱模具，所述矿柱模具设置于所述底座上；向所述矿柱模型施加动荷载的动力加载系统；以及监测矿柱模型裂隙程度的声波监测系统。当声波穿过矿柱时，遇到裂隙便发生绕射或被吸收，传播速度将有所降低，裂隙越多，波速降低越大，根据声波波在矿柱试块的传播速度，可判断其裂隙发育程度。根据本技术实施例的采空区矿柱稳定性模拟试验装置，能模拟机械施工设备作为动荷载对矿柱模型动力加载情况并监测矿柱在不同的动力荷载下的状态，真实反映了现场机械施工设备状态。根据本技术实施例的采空区矿柱稳定性模拟试验装置，所述动力加载系统为电液伺服控制系统，所述电液伺服控制系统的动力输出端作用于所述矿柱模型。在上述方案的基础上，本技术还可以进行如下改进：根据本技术实施例的采空区矿柱稳定性模拟试验装置，所所述液压执行器的动力输出端连接有用于压靠所述矿柱模型的加载板。具体的，所述电液伺服控制系统包括主控制器、伺服控制器、电液伺服阀、液压执行器和传感装置，所述液压执行器连接外部机械负载。所述主控制器、伺服控制器、电液伺服阀依次电性连接。其中，所述主控制器为指令信号发生器，用于发送所述液压执行器的相关动作参量的标准指令信号至所述伺服控制器，所述主控制器为上位操作计算机；所述伺服控制器接收所述主控制器发来的标准指令信号并将所述标准指令信号调理、放大后传输给所述电液伺服阀；放大后的标准指令信号经过所述电液伺服阀的电液转换变成液压系统的流量信号；所述电液伺服阀连接在所述液压执行器上，所述流量信号控制所述液压执行器的流量大小和方向，使所述液压执行器按照所述相关动作参量的标准指令运动，以对所述机械负载(矿柱模型)进行相应的伺服。由此，可利用主控制器来设定电液伺服作动器的振动频率、振动振幅及振动类型，实现动荷载，真实反映了现场机械施工设备状态。根据本技术实施例的采空区矿柱稳定性模拟试验装置，所述声波监测系统包括设置于矿柱模型下方的底座内的超声波发射换能器、设置于所述加载板内的接收换能器以及控制器，所述控制器电连接所述发射换能器和接收换能器置。具体的，所述控制器为单片机，所述单片机控制所述发射换能器发射超声波的同时，开始计时，位于加载板内的接收换能器接收到接收到超声波信号时，启动单片机中断程序，测得传播时间，并进行存储和显示。具体的，当矿柱无缺陷时，矿柱是连续体，超声波在其中以直线传播，由于缺陷的存在，超声波在缺陷区和矿柱的分界面上，会产生反射、折射与绕射等，尤其是绕射，声波遇到矿体中的裂隙时发生绕射，影响走时，裂隙愈多速度就越小。将动力荷载前的矿柱模型中的声波的传播速度和动力荷载后的声波的传播速度的比值(即动力荷载后的声波的传播时间与动力荷载前的矿柱模型中的声波的传播的比值)作为矿柱完整性(龟裂系数)系数来判断矿柱模型裂隙程度。根据本技术实施例的采空区矿柱稳定性模拟试验装置，还包括可升降支撑装置，所述液压执行器固定于所述可升降支撑装置上。由此，可以根据需要调节所述液压执行器的高度，从而调节液压执行器动力输出端与所述矿柱模具的距离，从而使得该装置可对不同高度的矿柱模型进行相应的伺服。根据本技术实施例的采空区矿柱稳定性模拟试验装置，所述可升降支撑装置5包括若干可升降支柱和顶板，所述液压执行器固定于所述顶板上。具体的，所述可升降支柱包括外筒和内支柱，所述内支柱上标注有刻度，所述外筒上设置有调节旋钮，用于调节所述内支柱位于所述外筒的高度。由此，可根据需要调节可升降支柱的高度，使得该装置可对不同高度的矿柱模型进行相应的伺服。根据本技术实施例的采空区矿柱稳定性模拟试验装置，所述矿柱模具以可拆卸的方式设置于所述底座上。具体的，所述矿柱模具包括两个相对设置的半圆柱壳体，所述半圆柱壳通过螺栓和螺孔固定于所述底座上，所述矿柱模具与矿柱模型相匹配。由此，可根据实际需要通过矿柱模具在相应的制模装置上制备好矿柱模型，然后再将矿柱模具从所述制模装置拆卸后设置于所述底座上，并用于固定矿柱模型，通过更换不同的直径和高度的矿柱模具，并将其用于制模装置，可制备出不同直径和高度的的矿柱模型，并将所述矿柱模型和所述矿柱模型用于该装置进行动力加载模拟。根据本技术实施例的采空区矿柱稳定性模拟试验装置，还包括设置于所述矿柱模型中部的压力传感，所述压力传感器的输出端电连接有数据存储和显示装置。由此，对矿柱模型施加压力时，压力传感器将检测到的压力值实时传递给所述数据处理和显示装置。该装置可以模拟矿柱在采空区中的不同受压状态，实现压力以及裂隙状态自动监测，还可以通过拆卸和更换不同规格的矿柱模具调整矿柱模具的高度和直径，结构相对简单、使用方便，实现了对采空区不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采空区矿柱稳定性模拟试验装置，其特征在于，包括：/n底座(1)；/n固定矿柱模型的矿柱模具(2)，所述矿柱模具(2)设置于所述底座(1)上；/n向所述矿柱模型施加动荷载的动力加载系统(3)，所述动力加载系统(3)为电液伺服控制系统，所述电液伺服控制系统的液压执行器(31)的动力输出端作用于所述矿柱模型，所述液压执行器(31)的动力输出端连接有用于压靠所述矿柱模型的加载板(32)；/n以及监测矿柱模型裂隙程度的声波监测系统(4)，所述声波监测系统(4)包括设置于矿柱模型下方的底座内的超声波发射换能器(41)、设置于所述加载板(32)内的接收换能器(42)以及控制器(43)，所述控制器电连接所述超声波发射换能器(41)和接收换能器(42)。/n

【技术特征摘要】
1.一种采空区矿柱稳定性模拟试验装置，其特征在于，包括：
底座(1)；
固定矿柱模型的矿柱模具(2)，所述矿柱模具(2)设置于所述底座(1)上；
向所述矿柱模型施加动荷载的动力加载系统(3)，所述动力加载系统(3)为电液伺服控制系统，所述电液伺服控制系统的液压执行器(31)的动力输出端作用于所述矿柱模型，所述液压执行器(31)的动力输出端连接有用于压靠所述矿柱模型的加载板(32)；
以及监测矿柱模型裂隙程度的声波监测系统(4)，所述声波监测系统(4)包括设置于矿柱模型下方的底座内的超声波发射换能器(41)、设置于所述加载板(32)内的接收换能器(42)以及控制器(43)，所述控制器电连接所述超声波发射换能器(41)和接收换能器(42)。

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【专利技术属性】
技术研发人员：吴英杰，晋伟博，樊鹏，金俐君，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42