CN103616293B - 煤矿老采空区冒落带破碎岩体二次变形压实模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了煤矿老采空区冒落带破碎岩体二次变形压实模拟实验装置，其包括缸体；支架；第一、第二端盖；阀门；液压柱塞；位移传感器；若干压力传感器；控制器；液压泵。缸体安装在支架上，缸体的一端安装有第一端盖，另一端安装有液压柱塞。第一端盖与液压柱塞密封住缸体的两端使缸体内部形成收容待模拟岩体的第一密封腔，压力传感器分布在待模拟岩体上且其引线穿过第一端盖与控制器连接。阀门安装在第一端盖上。液压柱塞的一端收容在缸体内且为封闭端，另一端安装有第二端盖，第二端盖密封液压柱塞使液压柱塞内部形成收容液压油的第二密封腔。液压泵连接控制器并向第二密封腔内注液压油以提供油压，位移传感器安装在第二端盖上且连接控制器。

Description

煤矿老采空区冒落带破碎岩体二次变形压实模拟实验装置

技术领域

本发明涉及一种模拟实验装置，涉及一种煤矿老采空区冒落带破碎岩体二次变形压实模拟实验装置。

背景技术

煤炭资源的地下开采必然形成采空区和上覆岩体的冒落。实践证明，煤层在开采结束后经过了长时间自然压实,采空区及其上覆岩体会逐渐压实稳定，但是实际上冒落带中依然存在大量残留裂隙空间。

当整个矿井开采结束或矿中的某个开采水平开采结束后，开采区内的地下水位会逐渐恢复。有些已基本稳定的沉陷区下部采空区岩体因地下水的作用，有可能会使原本处于相对平衡状态下的区域出现“活化”，使裂隙带岩体再软化压密，上覆岩体产生二次变形导致采空区上方地表出现二次沉陷，从而危及老采空区上方建(构)筑物的安全。老采空区因后期充水、荷载作用下导致冒落岩体软化后受压变形是老采空区“活化”的特征之一。为了研究老采空区的“活化”机理，研究采空区在荷载和充水条件下破碎岩体二次变形的规律，同时对于合理利用老采空区上方采煤塌陷区土地资源，提高土地利用率、缓解矿区土地资源紧张局面和保障老采空区上方地表建筑物安全方面具有重要指导意义。

发明内容

本发明提供一种煤矿老采空区二次变形压实模拟实验装置，其探究采空区冒落带破碎岩体在不同荷载量和充水条件下的变形规律，借助该模拟实验装置可以研究冒落带破碎岩体二次变形规律，有效指导采空区土地二次利用工作。本发明属于一种模拟在覆岩荷载和老采空区充水条件下煤矿老采空区冒落带破碎岩体二次变形环境的实验设备。

本发明是这样实现的，一种煤矿老采空区二次变形压实模拟实验装置，其包括缸体、支架、第一端盖、阀门、液压柱塞、第二端盖、位移传感器、若干压力传感器、控制器、液压泵；该缸体安装在该支架上，该缸体的一端安装有该第一端盖，该缸体的另一端安装有该液压柱塞，该第一端盖与该液压柱塞密封住该缸体的两端使该缸体内部形成第一密封腔，该第一密封腔收容待模拟岩体，该若干压力传感器分布在该待模拟岩体上，该若干压力传感器的引线穿过该第一端盖与该控制器电性连接，该阀门安装在该第一端盖上以对该第一密封腔内注水；该液压柱塞的一端收容在该缸体内且为封闭端，该液压柱塞的另一端安装有该第二端盖，该第二端盖密封该液压柱塞使该液压柱塞内部形成第二密封腔，该第二密封腔收容液压油，该液压泵电性连接该控制器并向该第二密封腔内注液压油以提供油压，该位移传感器安装在该第二端盖背向该第二密封腔的一侧上且电性连接该控制器。

作为上述方案的进一步改进，该缸体呈圆柱型而能相对该支架0-180度旋转。

本发明通过模拟在荷载和充水条件下采空区冒落带破碎岩体二次变形环境得出：不同荷载下冒落带破碎岩体应力应变规律；同一荷载下变形稳定后，在不同注水量条件下破碎岩体应力应变规律。

附图说明

图1为本发明较佳实施方式提供的煤矿老采空区冒落带破碎岩体二次变形压实模拟实验装置的工作原理框图。

图2为本发明较佳实施方式提供的煤矿老采空区冒落带破碎岩体二次变形压实模拟实验装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1及图2，本发明较佳实施方式提供的煤矿老采空区二次变形压实模拟实验装置包括缸体1、支架7、第一端盖2、阀门3、液压柱塞4、第二端盖5、位移传感器8、若干压力传感器（图未示）、控制器（图未示）、液压泵（图未示）。

1.取样装置

缸体1的一端安装有第一端盖2，缸体1的另一端安装有液压柱塞4，该第一端盖2与该液压柱塞4密封住该缸体1的两端使该缸体1内部形成第一密封腔，该第一密封腔收容待模拟岩体，从而缸体1、第一端盖2、液压柱塞4共同构成取样装置，该第一密封腔就是该取样装置的载物区，该取样装置构成模型主体。缸体1安装在支架7上，缸体1可呈圆柱型而能相对该支架7进行0-180度范围内的旋转。

2.注水装置

阀门3安装在第一端盖2上以对该第一密封腔内注水，本实施方式中，阀门3采用快开式阀门，通过进水管与该第一密封腔内连通。安装在第一端盖2上的阀门3构成该注水装置，该注水装置通过缸体1的前端排放盖（即第一端盖2）中间的快开式阀门向进水管提供水。

3.压式装置

液压柱塞4的一端收容在缸体1内且为封闭端，液压柱塞4的另一端安装有第二端盖5，第二端盖5密封该液压柱塞4使该液压柱塞4内部形成第二密封腔6，该第二密封腔6收容液压油，该液压泵电性连接该控制器并向该第二密封腔6内注液压油以提供油压。液压柱塞4、第二端盖5、该液压泵构成压式装置。

4.位移监测装置

位移传感器8安装在第二端盖5背向该第二密封腔6的一侧上且电性连接该控制器。位移传感器8构成位移监测装置，移监测装置的数据通过该控制器控制位移传感器8进行信息采集。

5.压力检测装置

该若干压力传感器分布在该待模拟岩体上，该若干压力传感器的引线穿过第一端盖2与该控制器电性连接。该若干压力传感器构成压力检测装置，压力检测装置的数据通过该控制器控制该若干压力传感器进行信息采集。

6.信息采集装置

该控制器是信息采集装置的核心部件，装样、压实、注水过程的数据采集由该控制器进行动态监测。可设置仪表箱通过串口通信与控制器连接。

本发明煤矿老采空区冒落带破碎岩体二次变形压实模拟实验装置的操作流程如下。

1.打开缸体1的前端盖（即第一端盖2）装样，装样过程中根据设计位置一次放入岩样（即该待模拟岩体）和压力传感器，装样程序结束后，安装前端盖。

2.使用液压泵给缸体1的液压活塞（即液压柱塞4）内的液压油缸（即该第二密封腔6）提供高压液体，推动液压活塞，对岩样进行施压。在试压过程中通过位移监测系统监测岩体总压缩位移变化，通过压力监测系统监测岩体受力变化。

3.通过缸体1的前端盖中间的注水孔（注水孔采用阀门3实现）向缸体1注入所需的水量，在注水过程中通过位移监测系统监测岩体总压缩位移变化，通过压力监测系统监测岩体受力变化。

4.通过控制施压大小和注水量来模拟采空区冒落带破碎岩体二次变形的环境。

5.从实验开始到实验结束，通过信息采集装置对实验数据进行动态采集。

通过模拟在外加荷载和与水耦合条件下采空区冒落带破碎岩体二次变形环境得出：不同荷载下冒落带破碎岩体应力应变规律；同一荷载下变形稳定后，在不同注水量条件下破碎岩体应力应变规律。

缸体1为耐腐蚀、耐高压材料制作，排放端盖即第一端盖2上安装快开式阀门，快开式阀门可作压力传感器引线出孔，引出口可拆且密封，另一端装有液压柱塞4、液压缸端盖即第二端盖5，液压柱塞4和液压缸端盖之间有密封结构，液压缸端盖外有密封调节结构。液压柱塞4内有液压油腔即第二密封腔6。缸体1安装于支架7上，可实现180度手动旋转，定位。支架7通过螺丝固定到地面上。压实装置包括液压泵站，向液压柱塞4内的液压油腔注油，提供油压。注水通过排放端盖前段上的快开式阀门进行注水。装样，压实，注水过程的数据采集由信息采集装置控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种煤矿老采空区冒落带破碎岩体二次变形压实模拟实验装置，其特征在于：其包括缸体、支架、第一端盖、阀门、液压柱塞、第二端盖、位移传感器、若干压力传感器、控制器、液压泵；该缸体安装在该支架上，该缸体的一端安装有该第一端盖，该缸体的另一端安装有该液压柱塞，该第一端盖与该液压柱塞密封住该缸体的两端使该缸体内部形成第一密封腔，该第一密封腔收容待模拟岩体，该若干压力传感器分布在该待模拟岩体上，该若干压力传感器的引线穿过该第一端盖与该控制器电性连接，该阀门安装在该第一端盖上以对该第一密封腔内注水；该液压柱塞的一端收容在该缸体内且为封闭端，该液压柱塞的另一端安装有该第二端盖，该第二端盖密封该液压柱塞使该液压柱塞内部形成第二密封腔，该第二密封腔收容液压油，该液压泵电性连接该控制器并向该第二密封腔内注液压油以提供油压，该位移传感器安装在该第二端盖背向该第二密封腔的一侧上且电性连接该控制器。

2.如权利要求1所述的煤矿老采空区冒落带破碎岩体二次变形压实模拟实验装置，其特征在于：该缸体呈圆柱型而能相对该支架0-180度旋转。