CN106248410A - 一种模拟采空区储水坝体稳定性测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种模拟采空区储水坝体稳定性测试装置及方法，包括内装水和矸石的坝体、伺服千斤顶固定装置，坝体的左侧板的上部设有调压阀，调压阀引线外接有水压传感器信号接受器，左侧板的下部设有注/排水孔，坝体的前板为装有充填物料的空心槽板，空心槽板内布有多个应力传感器，多个应力传感器引线外接有应力传感器信号接受器，应力传感器信号接受器、水压传感器信号接受器和设在伺服千斤顶加压泵的信号传感器分别与计算机相连。采用伺服控制液压千斤顶加载，模拟研究在覆岩和动静水压作用下采空区储水坝体的稳定性。通过应力传感器和水压传感器监测采空区储水坝体的应力和水压变化的规律，并据此计算采空区坝体在覆岩自重和动静水压作用下坝体稳定性。

Description

一种模拟采空区储水坝体稳定性测试装置及方法
技术领域
本发明涉及一种模拟采空区储水坝体稳定性测试装置及方法，尤其适用于研究煤矿采空区储水结构坝体在覆岩和动静水压共同作用下的稳定性。
背景技术
开采造成采动影响区域内水资源的破坏是我国煤炭开发中面临的重大问题之一，西部生态脆弱矿区地表生态系统十分脆弱，煤炭资源的大规模开发如果造成水资源的破坏，将会严重影响到该地区的生态系统。因此，如何合理的保护和配置水资源是实现煤炭绿色开采的重要科学问题。水作用下采空区内及其边界煤岩体物理力学性质的改变，以及上覆岩层的运移，将对采空区内部煤岩体的堆积形态、水压及储水结构稳定性产生重要影响。因此，探究采空区储水的基础和关键问题之一是其结构的稳定性研究。目前国内外大量的研究多局限于地面上水库“饱水-风干”循环作用下坝体岩石稳定性的研究，而关于在覆岩自重和动静水压共同作用下采空区储水煤岩柱坝体稳定性研究未见报道。因此，通过研究在覆岩自重及水压作用下煤岩压缩变形特征和储水结构强度弱化规律，探讨储水空间的应力环境演化机理，为进一步促进采空区资源化利用和扩大采空区储水技术的安全范围具有重要意义。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种模拟采空区储水坝体稳定性测试方法及装置，利用在实验室内布置模拟采空区储水坝体，通过应力传感器监测研究在覆岩和动静水压作用下坝体结构的稳定性。
技术方案：本发明的模拟采空区储水坝体稳定性测试装置，包括由底板、左侧板、右侧板、前板、后板和盖板构成的内装水和矸石的坝体，所述的坝体外部设有伺服千斤顶固定装置，伺服千斤顶固定装置包括拱形架、设在拱形架顶部面向坝体盖板的千斤顶和与千斤顶相连的伺服千斤顶加压泵，所述的左侧板的上部设有调压阀，调压阀引线外接有水压传感器信号接受器，左侧板的下部设有注/排水孔，所述的前板为装有充填物料的空心槽板，空心槽板内布有多个应力传感器，多个应力传感器引线外接有应力传感器信号接受器，所述的应力传感器信号接受器、水压传感器信号接受器和设在伺服千斤顶加压泵的信号传感器分别与计算机相连。
所述的左侧板、右侧板、后板及底板为钢板或承压树脂板。
所述的空心槽板由两个方型钢柱和铁皮焊接而成。
所述的盖板尺寸与坝体内边缘尺寸相吻合。
所述的坝体通过螺栓拼接、可拆卸，坝体连接缝隙处用沥青或密封胶进行密封，以防漏水。
所述千斤顶的个数根据实验坝体大小均匀分布。
所述的千斤顶的下方设有固定在盖板上的千斤顶加载盖板。
一种使用上述装置的模拟采空区储水坝体稳定性测试方法，包括如下步骤：
a.根据煤矿采空区储水库受压的实际情况，设定模拟采空区储水坝体的大小，包括对坝体施加纵向压力的伺服控制液压千斤顶的个数；
b.在坝体中装满粒径为5～40mm的矸石和水，并在坝体中部放入与调压阀相连的水压传感器，在前板内距坝体底部1/3和2/3位置处的充填物料内布置多个应力传感器；
c.启动伺服千斤顶加压泵，通过千斤顶加载盖板和盖板对坝体内的矸石和水进行加压，由于坝体密闭，坝体内的矸石和水被挤紧，坝体内的水压增加，进而对坝体产生测压；
d.通过计算机实时采集水压传感器和应力传感器的数据，绘制出曲线图，以此模拟采空区储水坝体的稳定性，为研究煤矿采空区储水结构坝体在覆岩和动静水压共同作用下的稳定性提供依据。
有益效果：本发明通过采空区储水结构坝体稳定性实验室测试方法，利用实验室建立采空区储水结构稳定性测试装置，研究煤矿采空区储水结构坝体在覆岩和动静水压共同作用下的稳定性。可以在纵向荷载变化，而引起储水坝体内部水压和储水坝体前侧面所承受横向压力变化的关系。从而，可以反映实际煤矿采空区储水库坝体在覆岩和动静水压共同作用下的受力变化，进一步探究其稳定性，为煤矿研究采空区储水结构坝体的稳定性提供了一种便捷、实用的测试方法。其结构简单，操作方便，效果好。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的储水坝体结构示意图；
图3为本发明的伺服千斤顶固定装置结构示意图。
图中：1—后板；2—调压阀；3—左侧板；4—注/排水孔；5—底板；6—应力传感器；7—水和矸石；8—右侧板：9—前板；10—充填物料；11—坝体；12—螺栓；13—盖板；14—应力传感器信号接受器；15—水压传感器信号接受器；16—计算机；17—拱形架；18—千斤顶；19—千斤顶加载盖板；20—伺服千斤顶加压泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
本发明的模拟采空区储水坝体稳定性测试装置，主要由坝体、调压阀2、传感器、接受器、伺服千斤顶固定装置构成。所述的坝体由底板5、左侧板3、右侧板8、前板9、后板1和盖板13构成；坝体内装水和矸石7，所述的坝体外部设有伺服千斤顶固定装置，伺服千斤顶固定装置包括拱形架17、设在拱形架17顶部面向坝体盖板的千斤顶18和与千斤顶18相连的伺服千斤顶加压泵20，所述千斤顶18的个数根据实验坝体大小均匀分布，千斤顶18的下方设有固定在盖板13上的千斤顶加载盖板19，盖板13和千斤顶加载盖板19上分别对开有连接孔，使用千斤顶对坝体内的物料进行均布加载。所述的盖板13尺寸与坝体11的内边缘尺寸相吻合，所述的左侧板3的上部设有调压阀2，调压阀2引线外接有水压传感器信号接受器15，左侧板3的下部设有注/排水孔4，所述的前板9为内装有C30混凝土充填物10的空心槽板，空心槽板由两个方型钢柱和铁皮焊接而成。空心槽板内布有多个应力传感器6，多个应力传感器6引线外接有应力传感器信号接受器14，所述的左侧板3、右侧板8、后板1及底板5为钢板或承压树脂板。所述的应力传感器信号接受器14、水压传感器信号接受器15和设在伺服千斤顶加压泵20的信号传感器分别与计算机16相连。所述的坝体11通过螺栓拼接、可拆卸，坝体连接缝隙处用沥青或密封胶进行密封，以防漏水。
一种模拟采空区储水坝体稳定性测试方法，具体步骤如下：
a.根据煤矿采空区储水库受压的实际情况，设定模拟采空区储水坝体的坝体11大小，包括对坝体11施加纵向压力的伺服控制液压千斤顶的个数；组装一个煤矿采空区储水坝体结构，如图1所示，坝体的三个侧板及底板为钢板，前侧板是两个方型钢柱和铁皮焊接组成的空心槽，盖板为一与储水坝体内边缘尺寸相匹配的钢块。储水坝体的各侧面及底板之间均通过螺栓相连接。
b.在坝体11中装满粒径为5～40mm的矸石和水，并在坝体11中部放入与调压阀2相连的水压传感器，在前板9内距坝体底部1/3和2/3位置处的充填物料10内布置多个应力传感器6；
c.启动伺服千斤顶加压泵20，通过千斤顶加载盖板19和盖板13对坝体内的矸石和水进行加压，由于坝体11密闭，坝体内的矸石和水被挤紧使坝体内的水压增加，进而对坝体11产生侧压，采集前板9空心槽中应力传感器6的数据；
d.通过计算机实时采集水压传感器和应力传感器的数据，绘制出曲线图，分析受压作用下坝体应力和水压变化的规律，以此模拟采空区储水坝体的稳定性，为研究煤矿采空区储水结构坝体在覆岩和动静水压共同作用下的稳定性提供依据。

Claims (8)

1.一种模拟采空区储水坝体稳定性测试装置，其特征在于：它包括由底板(5)、左侧板(3)、右侧板(8)、前板(9)、后板(1)和盖板(13)构成的内装水和矸石(7)的坝体(11)，所述的坝体(11)外部设有伺服千斤顶固定装置，伺服千斤顶固定装置包括拱形架(17)、设在拱形架(17)顶部面向坝体盖板的千斤顶(18)和与千斤顶(18)相连的伺服千斤顶加压泵(20)，所述的左侧板(3)的上部设有调压阀(2)，调压阀(2)引线外接有水压传感器信号接受器(15)，左侧板(3)的下部设有注/排水孔(4)，所述的前板(9)为装有充填物料(10)的空心槽板，空心槽板内布有多个应力传感器(6)，多个应力传感器(6)引线外接有应力传感器信号接受器(14)，所述的应力传感器信号接受器(14)、水压传感器信号接受器(15)和设在伺服千斤顶加压泵(20)的信号传感器分别与计算机(16)相连。
2.根据权利要求1所述的一种模拟采空区储水坝体稳定性测试装置，其特征在于：所述的左侧板(3)、右侧板(8)、后板(1)及底板(5)为钢板或承压树脂板。
3.根据权利要求1所述的一种模拟采空区储水坝体稳定性测试装置，其特征在于：所述的空心槽板由两个方型钢柱和铁皮焊接而成。
4.根据权利要求1所述的一种模拟采空区储水坝体稳定性测试装置，其特征在于：所述的盖板(13)尺寸与坝体(11)内边缘尺寸相吻合。
5.根据权利要求1所述的一种模拟采空区储水坝体稳定性测试装置，其特征在于：所述的坝体(11)通过螺栓拼接、可拆卸，坝体(11)连接缝隙处用沥青或密封胶进行密封，以防漏水。
6.根据权利要求1所述的一种模拟采空区储水坝体稳定性测试装置，其特征在于：所述千斤顶(18)的个数根据坝体(11)的大小均匀分布。
7.根据权利要求1所述的一种模拟采空区储水坝体稳定性测试装置，其特征在于：所述的千斤顶(18)的下方设有固定在盖板(13)上的千斤顶加载盖板(19)。
8.一种使用权利要求1所述装置的模拟采空区储水坝体稳定性测试方法，其特征在于包括如下步骤：
a.根据煤矿采空区储水库受压的实际情况，设定模拟采空区储水坝体的大小，包括对坝体施加纵向压力的伺服控制液压千斤顶的个数；
b.在坝体中装满粒径为5～40mm的矸石和水，并在坝体中部放入与调压阀(2)相连的水压传感器，在前板(9)内距坝体底部1/3和2/3位置处的充填物料(10)内布置多个应力传感器(6)；
c.启动伺服千斤顶加压泵(20)，通过千斤顶加载盖板(19)和盖板(13)对坝体(11)内的矸石和水进行加压，由于坝体密闭，坝体内的矸石和水被挤紧，坝体内的水压增加，进而对坝体(11)产生测压；
d.通过计算机实时采集水压传感器和应力传感器的数据，绘制出曲线图，以此模拟采空区储水坝体的稳定性，为研究煤矿采空区储水结构坝体在覆岩和动静水压共同作用下的稳定性提供依据。
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