一种沿空留巷单元支架与墩柱组合模拟装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种沿空留巷单元支架与墩柱组合模拟装置及试验方法，包括墩柱模拟机构、单元支架模拟机构和管路连接及测试机构，管路连接及测试机构包括阀块，阀块内设置多个油道，油道内安装有压力检测元件，油道的一端通过开关阀连接加压油源，墩柱模拟机构和单元支架模拟机构均包括底座，底座内设有多个液压腔，液压腔内均设有活塞，活塞通过活塞杆与位于底座上方的顶板连接，活塞下方的液压腔空间通过油管与对应油道的另一端连接，采用本发明专利技术的模拟装置及试验方法，可实现沿空留巷巷内支护、巷旁支护及卸压的耦合作用的模拟。巷旁支护及卸压的耦合作用的模拟。巷旁支护及卸压的耦合作用的模拟。

【技术实现步骤摘要】
一种沿空留巷单元支架与墩柱组合模拟装置及试验方法


[0001]本专利技术涉及矿业工程试验
，具体涉及一种沿空留巷单元支架与墩柱组合模拟装置及试验方法。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]目前，绝大多数矿井仍在使用传统的煤柱护巷的方法，导致煤炭资源损失量很大。而沿空留巷是指在采煤工作面后方沿采空区边缘通过加强支护等技术手段把回采巷道留住，为下一个区段工作面服务的技术方式，沿空留巷技术取消了煤柱，提高了矿井的回采率，延长了矿井的服务年限。但是沿空留巷经历两个工作面采动影响，巷道顶板和两帮都变形严重，而且伴随着底鼓，巷道的维护异常困难。
[0004]众多学者在理论上对沿空留巷技术进行了深入的研究，在技术上形成了巷内锚杆锚索支护，巷旁利用高水或膏体材料充填支护，但是现有沿空留巷技术仍存在诸多弊端，如留巷速度慢，围岩变形大等，基于上述问题，天地科技股份有限公司在申请号为201910306429.6的专利中公开了一种回采工作面“支
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卸”组合沿空留巷巷道及施工方法，其主要内容是在回采工作面的端头支架后方，靠近采空区一侧，沿巷道走向布置挡矸液压支架，在靠近采空区的巷道内侧设置混凝土墩柱，并在顶板布置水力卸压孔，该方法在实践工程中取得了良好的效果；张晓于2021年3月发表的博士论文《浅埋煤层支卸组合沿空留巷围岩控制机理与技术》中开发了“支—卸”组合沿空留巷控制技术，包括水力压裂卸压技术、巷内高强锚杆锚索支护、巷旁混凝土支柱支护、巷内单元支架加强支护，同样该技术在何家塔煤矿进行井下试验，基本无底鼓，留巷效果良好。
[0005]然而，专利技术人发现，现有研究中对沿空留巷“支护
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卸压”系统协同作用研究较少，鲜有文献研究沿空留巷巷内支护、巷旁支护及卸压的耦合作用机理，对巷内、巷旁支护协同作用机理研究较少，施工工程用的挡矸液压支架和混凝土支柱无法应用于室内试验，没有用于此类研究的物理模拟试验装置。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种沿空留巷单元支架与墩柱组合模拟装置，实现了利用试验手段对沿空留巷巷内支护、巷旁支护及卸压的耦合作用机理的研究。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术的实施例提供了一种沿空留巷单元支架与墩柱组合模拟装置，包括墩柱模拟机构、单元支架模拟机构和管路连接及测试机构，管路连接及测试机构包括阀块，阀块内设置多个油道，油道内安装有压力检测元件，油道的一端通过开关阀连接加压油源，墩柱模拟机构和单元支架模拟机构均包括底座，底座内设有多个液压腔，液压腔内均设有活塞，活塞通过活塞杆与位于底座上方的顶板连接，活塞下方的液压腔空间通过油管
与对应的油道的另一端连接。
[0009]可选的，所述油道为三通油道，具有三个端口，其中一个端口通过开关阀连接加压油源，另一个端口通过油管连接液压腔，第三个端口处安装压力检测元件。
[0010]可选的，活塞与液压腔的内腔面之间设置有至少一道密封圈。
[0011]可选的，液压腔下方的底座部分设有液压油通道，液压油通道的一端与活塞下方的液压腔空间连通，另一端延伸至底座的侧面，底座侧面固定有多个第一卡套，每个第一卡套对应一个液压油通道，第一卡套内设有中间通道，中间通道一端与液压油通道连通，另一端插入有油管。
[0012]可选的，阀块的侧面固定有多个第二卡套，第二卡套内也设置有中间油道，中间通道的一端与油道的出油端连通，另一端插入油管。
[0013]可选的，液压腔顶端延伸至底座上表面，底座上表面液压腔的对应位置处设有限位件，活塞杆通过限位件设置的开孔穿过限位件，开孔的直径小于活塞的直径以使得活塞无法被液压油顶出至液压腔外部。
[0014]可选的，墩柱模拟机构的顶板为圆形顶板，单元支架模拟机构的顶板为长方形顶板，墩柱模拟机构的液压腔的数量多于单元支架模拟机构的液压腔的数量。
[0015]可选的，所述油管采用外径为1.8mm
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2.2mm，壁厚0.4mm
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0.6mm的毛细铜管。
[0016]第二方面，本专利技术的实施例提供了一种沿空留巷单元支架与墩柱组合模拟装置的试验方法，包括以下步骤：
[0017]将顶板处于下落状态的墩柱模拟机构和单元支架模拟机构相邻放入模型的巷道中，其中墩柱模拟机构靠近首采工作面设置；
[0018]对模型首采工作面进行煤层开采，随着煤层的开采，依次将单元支架模拟机构的顶板升起，与模型的巷道顶板接触并对模型的巷道顶板施加设定的初撑力，记录单元支架模拟机构对应的压力检测元件检测到的压力数值的变化情况；
[0019]当首采工作面煤层开采设定距离后，随着煤层的开采，依次将墩柱模拟机构的顶板升起并与模型的巷道顶板接触，无初撑力，随着墩柱模拟机构顶板的升起，将顶板升起的墩柱模拟机构对应位置处的单元支架模拟机构的顶板下落，记录墩柱模拟机构对应的压力检测元件检测到的压力数值变化情况；
[0020]首采工作面煤层开采完成后，将单元支架模拟机构取出，进行第二工作面煤层的回采直至全部回采完毕，记录墩柱模拟机构对应的压力检测元件检测到的压力数值变化情况。
[0021]可选的，煤层的开采采用手动进行或采用实验用采煤设备进行。
[0022]本专利技术的有益效果：
[0023]1.本专利技术的模拟装置，墩柱模拟机构和单元支架模拟机构的液压腔与对应的油道连通，能够独立工作，通过整体设计单路控制的原理，可以根据工作面的推进情况进行对应位置墩柱模拟机构和单元支架模拟机构顶板的升降控制，进而实现对模型巷道顶板的支撑和非支撑状态的切换，同时可以通过压力检测元件实时监测其受到的压力变化情况从而实现真实模拟巷道内支架和墩柱的真实工作过程，为巷内、巷旁支护协同作用机理的研究提供了物理模拟试验设备基础。
[0024]2.本专利技术的模拟装置，墩柱模拟机构和单元支架模拟机构的多个液压腔均集成设
置一个底座，采用了整体化设计，方便在模型窄小的巷道内架设和拆除，同时每个液压腔均独立的通过油管与管路连接及测试机构内的油道连通，实现了单路控制，液压腔的进油与出油采用单孔设计，简化了单元支架模拟机构和墩柱模拟机构的结构，减少了模拟试验过程中液压油管的使用数量，使其在狭小的空间内方便操作。
[0025]3.本专利技术的模拟装置，阀块内设置有多个相互独立的油道，每个油道单独控制，方便了加卸压过程的操作，同时油管采用毛细铜管，既节省使用空间，防止在模型试验中因为空间狭小而导致的无法足量模拟单元支架和墩柱，而且铜管弯曲性和塑形均较好，方便线路铺设。
附图说明
[0026]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
[0027]图1为本专利技术实施例1模拟装置应用状态平面示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沿空留巷单元支架与墩柱组合模拟装置，其特征在于，包括墩柱模拟机构、单元支架模拟机构和管路连接及测试机构，管路连接及测试机构包括阀块，阀块内设置多个油道，油道内安装有压力检测元件，油道的一端通过开关阀连接加压油源，墩柱模拟机构和单元支架模拟机构均包括底座，底座内设有多个液压腔，液压腔内均设有活塞，活塞通过活塞杆与位于底座上方的顶板连接，活塞下方的液压腔空间通过油管与对应油道的另一端连接。2.如权利要求1所述的一种沿空留巷单元支架与墩柱组合模拟装置，其特征在于，所述油道为三通油道，具有三个端口，其中一个端口通过开关阀连接加压油源，另一个端口通过油管连接液压腔，第三个端口处安装压力检测元件。3.如权利要求1所述的一种沿空留巷单元支架与墩柱组合模拟装置，其特征在于，液压腔下方的底座部分设有液压油通道，液压油通道的一端与活塞下方的液压腔空间连通，另一端延伸至底座的侧面，底座侧面固定有多个第一卡套，每个第一卡套对应一个液压油通道，第一卡套内设有中间通道，中间通道一端与液压油通道连通，另一端插入有油管。4.如权利要求1所述的一种沿空留巷单元支架与墩柱组合模拟装置，其特征在于，阀块的侧面固定有多个第二卡套，第二卡套内也设置有中间油道，中间通道的一端与油道的出油端连通，另一端插入有油管。5.如权利要求1所述的一种沿空留巷单元支架与墩柱组合模拟装置，其特征在于液压腔顶端延伸至底座上表面，底座上表面液压腔的对应位置处设有限位件，活塞杆通过限位件设置的开孔穿过限位件，开孔的直径小于活塞的直径以使得活塞无法被液压油顶出至液压腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：王汉鹏，邢文彬，张冰，王鹏，邱廷麟，张晓，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：