一种切顶卸压无煤柱自成巷三维物理模型试验系统和方法技术方案

本发明专利技术属于借助于测定材料的物理性质来测试或分析材料技术领域，具体涉及一种切顶卸压无煤柱自成巷三维物理模型试验系统和方法。系统包括：框架系统、液压伺服加载系统和控制及测试系统，框架系统包括底座、左立壁、右立壁、前移动体、后移动体、横梁和料框，底座、左立壁、右立壁、前移动体、后移动体和横梁围合形成容置空间，料框设置于底座上，并位于容置空间内；液压伺服加载系统设置于容置空间内，包括六个加载平面和加载油缸，六个加载平面上的加载油缸分别固定在底座、左立壁、右立壁、前移动体、后移动体和横梁上；控制及测试系统与每一个加载油缸的伺服阀电性连接。本发明专利技术能够实现三向六面加载及110工法开采全过程模拟。三向六面加载及110工法开采全过程模拟。三向六面加载及110工法开采全过程模拟。

【技术实现步骤摘要】
一种切顶卸压无煤柱自成巷三维物理模型试验系统和方法


[0001]本专利技术属于借助于测定材料的物理性质来测试或分析材料
，具体涉及一种切顶卸压无煤柱自成巷三维物理模型试验系统和方法。

技术介绍

[0002]煤炭是我国的主要能源，煤炭资源在埋深2000m以浅的储量达到5.9万亿吨，其地位短时间内难以替代，随着当前各类煤矿工程建设的飞速发展，我国研发了系列竖井钻机、反井钻机和竖井掘进机装备及其各种适应的钻井技术与工艺，实现了由人工钻凿、钻孔爆破到机械化破岩钻进的转变；与此同时，随着浅部资源的日益枯竭，深部资源的勘探与开发已经提上日程。随着开挖深度日益增加，不论是在现场煤层开发，还是实验室的模拟开发，检测开发过程中煤层的应力应变过程及变化尤为重要。由于现有的相似材料物理模型装置系统完整度不高，软硬件整合不完善，大多实验模拟仍以单向或双向加载为主，加载面少且加载方式单一，不能实现三向六面加载以及110工法开采全过程模拟，此外，现有的一些测试技术大多是通过采集数据后再导入计算机进行后处理，无法实现所有数据和控制同步进行。因此，开展针对三向六面加载以及110工法开采全过程模拟专利技术本实验装置，对煤炭的开挖监测和预测等施工具有重大的理论意义和工程价值。
[0003]试验研究是确定煤岩力学参数最直接的方法，其包括现场原位试验和室内试验。常见的测试往往将取出岩芯进行室内实验，从而获得煤岩的力学参数。而煤层中煤岩分布差异及大量结构面的存在，常规的测试方法很难将煤岩开挖过程中的各项参数进行监测与表征，另外将煤岩从原始的地层环境中取出，不仅改变了煤岩的赋存环境，而且煤岩的物理性质也会相应发生变化，如含水量、温度、气体含量等。此外，岩体力学参数的确定是判断岩体工程是否满足正常使用功能的前提和基础，也是指导工程设计和安全施工的重要依据。目前，在室内试验的测试结果并不能完全满足现场施工的技术指导。
[0004]因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种切顶卸压无煤柱自成巷三维物理模型试验系统和方法，以解决或缓解现有技术中存在的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种切顶卸压无煤柱自成巷三维物理模型试验系统，所述系统包括：框架系统，包括底座、左立壁、右立壁、前移动体、后移动体、横梁和料框，所述左立壁和所述右立壁分别固定连接于所述底座的左右两侧，所述横梁固定连接所述左立壁和所述右立壁，所述前移动体和所述后移动体分别可移动地设置于所述底座上，所述底座、所述左立壁、所述右立壁、所述前移动体、所述后移动体和所述横梁围合形成容置空间，所述料框设置于所述底座上，并位于所述容置空间内；液压伺服加载系统，设置于所述容置空间内，包括六个加载平面和设置在每个所
述加载平面上的加载油缸，六个所述加载平面上的加载油缸分别固定在所述底座、所述左立壁、所述右立壁、所述前移动体、所述后移动体和所述横梁上，且每一个所述加载油缸的活塞杆朝向所述容置空间内延伸；控制及测试系统，与每一个所述加载油缸的伺服阀电性连接，用于单独控制每一个所述加载油缸的工作。
[0007]可选地，每一个所述加载平面设置有六个加载油缸，六个所述加载油缸成阵列分布。
[0008]可选地，所述加载油缸包括推拉油缸和施压油缸，位于前侧加载平面的加载油缸为推拉油缸，位于后侧、上侧、下层、左侧、右侧的加载平面的加载油缸为施压油缸；所述推拉油缸可活动地贯穿所述前移动体设置，所述施压油缸相应固定设置于所述左立壁、所述右立壁、所述后移动体和所述横梁上。
[0009]可选地，所述推拉油缸的活塞杆输出端连接有液压张拉头，所述施压油缸的输出端连接有压板；所述推拉油缸和所述施压油缸的活塞杆上均设置有力传感器，用于监测其输出压力，所述力传感器电性连接于所述控制及测试系统；所述推拉油缸和所述施压油缸均还设置有位移传感器，用于监测所述加载油缸的活塞杆的伸出位移，并电性连接于所述控制及测试系统。
[0010]可选地，所述底座上设置有第一移动槽和第二移动槽，所述前移动体的底部设置有与所述第一移动槽相适配的第一移动块，所述第一移动块在所述第一移动槽内做前后移动，所述后移动体的底部设置有与所述第二移动槽相适配的第二移动块，所述第二移动块在所述第二移动槽内做前后移动。
[0011]可选地，所述前移动体的上部开设有第一穿设孔，所述第一穿设孔沿前后方向贯穿所述前移动体，所述后移动体的上部对应开设有第二穿设孔，所述第二穿设孔沿前后方向贯穿所述后移动体；所述系统还包括导杆，所述导杆的一端插设于所述第一穿设孔内，另一端插设于所述第二穿设孔内，且所述前移动体和所述后移动体均可沿所述导杆做前后移动。
[0012]可选地，所述导杆的两端分别显露于所述前移动体的前方表面和所述后移动体的后方表面，所述导杆的两显露端均设置有限位件，用于限位所述前移动体和所述后移动体的移动过程。
[0013]可选地，所述液压伺服加载系统还包括伺服液压泵组和油箱，所述伺服液压泵组的进口通过管道与所述油箱连接，所述伺服液压泵组的出口通过管道与所述油缸的进口连接；所述伺服液压泵组与所述油缸的连接管道上设置有油温传感器，所述液压伺服加载系统还包括冷却系统，所述冷却系统的出口通过管道与所述油箱连接，且连接管道上设置冷却控制阀，所述冷却控制阀和所述油温传感均电性连接于所述控制及测试系统；所述油温传感监测到的油温数据传输至所述控制及测试系统，所述控制及测试系统根据所述油温数据来控制所述冷却控制阀的开度。
[0014]可选地，所述系统还包括行吊系统，所述行吊系统设置于所述框架系统的上方，用于驱动前移动体和后移动体移动、拆卸或组装所述框架系统和所述液压伺服加载系统。
[0015]本专利技术还提出了一种切顶卸压无煤柱自成巷三维物理模型试验方法，所述试验方法采用如上所述的切顶卸压无煤柱自成巷三维物理模型试验系统，所述试验方法包括以下
步骤：步骤一，基于模型试验设计要求，预制模型材料，并将预制好的模型材料装入框架系统的料框内；步骤二，控制液压伺服加载系统中的水平加载油缸以抽拉的方式模拟煤层将材料从模拟煤层中抽出，模拟煤层开采；步骤三，控制液压伺服加载系统中的竖直加载油缸对塌落材料施压；步骤四，观察试验结果，处理试验数据。
[0016]有益效果：本专利技术的切顶卸压无煤柱自成巷三维物理模型试验系统，将框架系统、液压伺服加载系统、控制及测试系统进行整合，将现有的单向、双向加载升级成三向六面多功能模拟装置，可以对切顶卸压无煤柱自成巷碎胀充填开采试验模拟结果进行直观反馈。
附图说明
[0017]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。其中：图1为根据本专利技术一些实施例提供的切顶卸压无煤柱自成巷三维物理模型试验系统的结构示意图；图2为根据本专利技术一些实施例提供的切顶卸压无煤柱自成巷三维物理模型试验系统的局部结构示意图；图3为根据本专利技术一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种切顶卸压无煤柱自成巷三维物理模型试验系统，其特征在于，所述系统包括：框架系统，包括底座、左立壁、右立壁、前移动体、后移动体、横梁和料框，所述左立壁和所述右立壁分别固定连接于所述底座的左右两侧，所述横梁固定连接所述左立壁和所述右立壁，所述前移动体和所述后移动体分别可移动地设置于所述底座上，所述底座、所述左立壁、所述右立壁、所述前移动体、所述后移动体和所述横梁围合形成容置空间，所述料框设置于所述底座上，并位于所述容置空间内；液压伺服加载系统，设置于所述容置空间内，包括六个加载平面和设置在每个所述加载平面上的加载油缸，六个所述加载平面上的加载油缸分别固定在所述底座、所述左立壁、所述右立壁、所述前移动体、所述后移动体和所述横梁上，且每一个所述加载油缸的活塞杆朝向所述容置空间内延伸；控制及测试系统，与每一个所述加载油缸的伺服阀电性连接，用于单独控制每一个所述加载油缸的工作。2.如权利要求1所述的切顶卸压无煤柱自成巷三维物理模型试验系统，其特征在于，每一个所述加载平面设置有六个加载油缸，六个所述加载油缸成阵列分布。3.如权利要求2所述的切顶卸压无煤柱自成巷三维物理模型试验系统，其特征在于，所述加载油缸包括推拉油缸和施压油缸，位于前侧加载平面的加载油缸为推拉油缸，位于后侧、上侧、下层、左侧、右侧的加载平面的加载油缸为施压油缸；所述推拉油缸可活动地贯穿所述前移动体设置，所述施压油缸相应固定设置于所述左立壁、所述右立壁、所述后移动体和所述横梁上。4.如权利要求3所述的切顶卸压无煤柱自成巷三维物理模型试验系统，其特征在于，所述推拉油缸的活塞杆输出端连接有液压张拉头，所述施压油缸的输出端连接有压板；所述推拉油缸和所述施压油缸的活塞杆上均设置有力传感器，用于监测其输出压力，所述力传感器电性连接于所述控制及测试系统；所述推拉油缸和所述施压油缸均还设置有位移传感器，用于监测所述加载油缸的活塞杆的伸出位移，并电性连接于所述控制及测试系统。5.如权利要求1所述的切顶卸压无煤柱自成巷三维物理模型试验系统，其特征在于，所述底座上设置有第一移动槽和第二移动槽，所述前移动体的底部设置有与所述第一移动槽相适配的第一移动块，所述第一移动块在所述第一移动槽内做前后移动，所述后移动体的底部设置有与所述第二移动槽相适配的第二移动块，所述第二移动块在所述第二移动...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭志飚，何满潮，高敬威，高攀，王丰年，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：