CN105277441B - 一种大尺寸长方体煤岩试样长期承载试验监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大尺寸长方体煤岩试样长期承载试验监测装置，涉及岩石力学试验技术领域，包含有上压板、底板、侧限约束板、上应力传感器定位板、底应力传感器定位板、侧应力传感器定位板和位移传感器定位板。本发明设计了由上压板、底板、侧限约束板组成的大致呈六面体形状的空间用于待测煤岩试样的监测，在所述上压板、底板、侧限约束板内侧面分别设置应力传感器，在整个装置的前后两侧面对称设置位移传感器，准确测出长期承载下大尺寸长方体煤岩试样各非自由面的不同点的应力变化和各自由面不同点的横向变形情况，进而分析大尺寸长方体煤岩试样长期承载过程中的力学特征和破坏形态，具有广泛的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及岩石力学试验技术领域，具体的说是一种大尺寸长方体煤岩试样长期承载试验监测装置。
背景技术
条带开采作为一种常用的采煤方法，仅采出煤层中的部分煤炭，留设的煤炭则以条带煤柱的形式支撑上覆岩层，能够有效的抑制采场上覆岩层沉陷和地表移动，从而保护地面生态环境和建筑物、铁路等设施。保证条带煤柱长期稳定性有利于矿井的安全生产和经济发展，研究条带煤柱长期承载下的力学性质与失稳机理显得十分必要。采用大尺寸长方体煤岩试样模拟条带煤柱，进行长期承载试验，并监测煤岩试样的力学特征和破坏形态，是研究条带煤柱失稳机理的重要方法之一。
为尽可能相似的模拟矿井之下的条带煤柱，煤岩试样在长期承载过程中需要在相对的两面施加侧限约束，监测具有侧限约束的大尺寸长方体煤岩试样在整个长期承载过程中各自由面不同点的横向变形以及各非自由面不同点的应力变化，并监测大尺寸长方体煤岩试件局部破坏后但整体尚未失稳前各非自由面不同点的承载能力、应力大小及其变化情况，以及各自由面不同点的变形特征。
随着人们对条带煤柱稳定性的深入研究，对该试验中监测数据量和监测精度的要求越来越高，也就对大尺寸长方体煤岩长期承载试验的监测方法和设备提出了更高的要求。然而，目前尚无切实可行的监测技术与完善的监测系统辅助完成该试验。
发明内容
为解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种大尺寸长方体煤岩试样长期承载试验监测装置，实现了对待测煤岩试件各自由面不同点的横向变形以及各非自由面不同点的应力变化情况的监测，结构简单，体积小，拆装容易，操作简便。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种大尺寸长方体煤岩试样长期承载试验监测装置，包含有上压板、底板、侧限约束板、上应力传感器定位板、底应力传感器定位板、侧应力传感器定位板和位移传感器定位板，所述上压板设置于底板的正上方，所述侧限约束板为两块，设置于底板上左右两侧，并通过固定螺栓固定，所述上压板的下表面、两块侧限约束板的内侧面、底板的上表面分别紧密接触设置有上应力传感器定位板、侧应力传感器定位板和底应力传感器定位板，所述上应力传感器定位板、两块侧应力传感器定位板和底应力传感器定位板的端面之间形成前后面镂空的长方体空间，所述长方体空间的前后侧面上对称固定连接多组位移传感器定位板，待测煤岩试样放置于所形成的长方体空间内，在各传感器定位板内安装对应的传感器即可进行监测。
所述固定螺栓的两侧设置有调节螺母。
所述上应力传感器定位板、底应力传感器定位板、侧应力传感器定位板上均设置有应力传感器定位槽，所述应力传感器定位槽的开口方向均朝向待测煤岩试样，每个所述应力传感器定位槽旁设置引线槽。
所述位移传感器设置为L型，通过压紧螺栓与底板固定连接。
本发明设计了由上压板、底板、侧限约束板组成的大致呈六面体形状的空间用于待测煤岩试样的监测，在所述上压板、底板、侧限约束板内侧面分别设置应力传感器，在整个装置的前后两侧面对称设置位移传感器，准确测出长期承载下大尺寸长方体煤岩试样各非自由面的不同点的应力变化和各自由面不同点的横向变形情况，进而分析大尺寸长方体煤岩试样长期承载过程中的力学特征和破坏形态，探究条带煤柱失稳机理，试验效果好，结构简单，拆装方便，占空小，成本低，具有广泛的实用性。
附图说明
图1为本发明整体的主视图；
图2为本发明拆掉侧限约束板的右视剖面图；
图3为本发明拆掉上压板和底板的俯视剖面图；
图4为本发明侧限约束板的右视图；
图5为本发明上压板和底板的俯视图；
图6为本发明“L”形位移传感器定位板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述：
如图1所示，该大尺寸长方体煤岩试样长期承载试验监测装置，包含有上压板1、底板2、侧限约束板3、上应力传感器定位板4、底应力传感器定位板5、侧应力传感器定位板6和位移传感器定位板8，所述上压板1设置于底板2的正上方，所述侧限约束板3为两块，设置于底板2上左右两侧，并通过固定螺栓11固定，所述上压板2的下表面、两块侧限约束板3的内侧面、底板2的上表面分别设置有上应力传感器定位板4、侧应力传感器定位板6和底应力传感器定位板5，它们之间紧密接触但并未固定连接，所述上应力传感器定位板4、两块侧应力传感器定位板6和底应力传感器定位板5的端面之间形成前后面镂空的长方体空间，所述长方体空间的前后侧面上对称固定连接多组位移传感器定位板8，待测煤岩试样7放置于所形成的长方体空间内，在各传感器定位板内安装对应的传感器即可进行监测。
作为优选的方式，本实施例中，所述固定螺栓11的两侧设置有调节螺母12。两块侧限约束板3之间通过长的固定螺栓11固定连接后，立于底板2的上表面，通过调节螺母12可以调整两块侧限约束板3之间的水平距离。
本实施例中，紧贴着侧限约束板3的内侧设有侧应力传感器定位板6，定位销钉13穿过侧限约束板3与侧应力传感器定位板6上的定位销孔16将侧限约束板3与侧应力传感器定位板6连接并固定。
作为优选的方式，本实施例中，所述上应力传感器定位板4、底应力传感器定位板5、侧应力传感器定位板6上均设置有若干圆形的应力传感器定位槽15，所述应力传感器定位槽15的开口方向均朝向待测煤岩试样7，每个所述应力传感器定位槽15旁设置引线槽14。
作为优选的方式，本实施例中，所述位移传感器8设置为L型，通过压紧螺栓10与底板2固定连接。位移传感器定位板8上设有若干圆形的位移传感器定位孔9，用于安放位移传感器。
大尺寸长方体的待测煤岩试样7水平放置于底应力传感器定位板5的正上方，调节紧固螺母12，侧限约束板3推动侧应力传感器定位板6一起移动，由侧应力传感器定位板6将待测煤岩试样7夹紧固定，上应力传感器定位板4水平置于煤岩试样7正上方。
使用本发明开展大尺寸煤岩试样长期承载试验的典型试验步骤为：
（1）通过压紧螺栓10将所有的“L”形位移传感器定位板8都固定在底板2上，将底板2水平放置于压力试验机的底座正上方，要求两排位移传感器定位板8为前后各一排。将底应力传感器定位板5水平放置在底板2正上方，将扁平的应力传感器填充到底应力传感器定位板5的应力传感器定位槽15内，传感器的引线通过引线槽14引出，连接应力应变测试分析系统；并将待测煤岩试样7水平放置在底应力传感器定位板5正上方，要求应力传感器定位槽15朝向待测试样7。
（2）通过固定螺栓11与调节螺母12将左右两块侧限约束板3连接，连接后的两个侧限约束板3立于底板2的上表面，紧贴着侧限约束板3的内侧安装侧应力传感器定位板6，通过定位销钉13穿过定位销孔16将侧限约束板3与侧应力传感器定位板6连接并固定；将扁平的应力传感器填充到侧应力传感器定位板6的应力传感器定位槽15内，传感器的引线通过引线槽14引出，连接应力应变测试分析系统，要求应力传感器定位槽15朝向待测煤岩试样7；然后调整调节螺母12，侧限约束板3推动侧应力传感器定位板6一起移动，使得侧应力传感器定位板6将煤岩试样7夹紧固定。
（3）再将扁平的应力传感器填充到上应力传感器定位板4的应力传感器定位槽15内，传感器的引线通过引线槽14引出，连接应力应变测试分析系统；然后将上应力传感器定位板4倒置于待测试样7正上方，使得应力传感器定位槽15朝向待测煤岩试样7；将上压板1水平放置于上应力传感器定位板4正上方，下移压力试验机的上压头，接触上压板1并施加一定的预应力。
（4）将位移传感器穿过位移传感器定位孔9固定，要求位移传感器探头紧贴待测煤岩试样7的侧表面，位移传感器的引线均连接位移监测分析系统。
（5）开始试验，根据试验要求监测数据并导出。
（6）试验结束，上移压力试验机的上压头，自上往下逐一拆卸设备并清洁零部件。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围 。
Claims (1)
1.一种大尺寸长方体煤岩试样长期承载试验监测装置，其特征在于，包含有上压板（1）、底板（2）、侧限约束板（3）、上应力传感器定位板（4）、底应力传感器定位板（5）、侧应力传感器定位板（6）和位移传感器定位板（8），所述上压板（1）设置于底板（2）的正上方，所述侧限约束板（3）为两块，设置于底板（2）上左右两侧，并通过固定螺栓（11）固定，所述上压板（1）的下表面、两块侧限约束板（3）的内侧面、底板（2）的上表面分别紧密接触设置有上应力传感器定位板（4）、侧应力传感器定位板（6）和底应力传感器定位板（5），所述上应力传感器定位板（4）、两块侧应力传感器定位板（6）和底应力传感器定位板（5）的端面之间形成前后面镂空的长方体空间，所述长方体空间的前后侧面上对称固定连接多组位移传感器定位板（8），待测煤岩试样（7）放置于所形成的长方体空间内，在各传感器定位板内安装对应的传感器即可进行监测，所述固定螺栓（11）的两侧设置有调节螺母（12）。
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