CN106289992B - 岩梁均压变形破断试验装置 - Google Patents

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Abstract

一种岩梁均压变形破断试验装置，包括试验架、加压系统和数据测录系统，加压系统包括有试验加载机，数据测录系统包括静态应变测试仪、声发射监测装置和近景应变监测仪，试验架由底座槽钢、两块侧帮槽钢、前挡板和后挡板组成，试验架内盛装有立体试验模型，该立体试验模型由相似材料制成的均匀砌体层、开采抽块层、真实岩梁材料制成的岩梁层、均压气囊层和均压对焊槽钢构成。其优点为，可实现真实岩梁的均压加载，不用考虑相似材料的相似比，应用该试验装置进行岩梁均压变形破断试验，能充分模拟岩梁断裂前、后的变形和应力分布演化过程，能通过粘贴在岩梁侧面的应变片测试岩梁变形及应力转移情况，能获得岩梁断裂前、后的声发射情况，且试验简便。

Description

岩梁均压变形破断试验装置
技术领域
本发明涉及一种岩梁均压变形破断试验装置，适用于测试均压载荷岩梁在不同悬露跨度条件下的变形及断裂情况，进而研究煤层上覆顶板岩梁(组合梁)的变形、应力、声发射及断裂形态特征。
背景技术
目前，研究岩梁的变形和破断，主要利用相似材料模型进行模拟试验研究，需要考虑相似材料的相似比；真实岩梁试验中，多采用点载荷加载，未充分考虑采场覆岩压力、不能实现均压加载，与现场差异大；采用相似材料构筑的砌体梁进行模拟试验时，也不能充分模拟岩梁断裂前、后的变形和应力分布演化过程；另外常规的相似材料模型试验，应力监测主要采用压力盒测试垂直应力，无法采用应变片粘贴测试岩梁变形及应力转移情况，无法获得岩梁断裂前、后的声发射情况；再有，传统应变模拟实验台尺寸过大，不仅制作费时费力，且相似材料模型风干过程缓慢，导致实验周期过长。以上为现有技术的不足。
发明内容
本发明的目的是：提供一种岩梁均压变形破断试验装置，该试验装置的立体试验模型，制作时无须风干，制作简单，耗时少，造价低廉，不用考虑相似材料的相似比，可实现岩梁均压加载，应用该试验装置进行真实岩梁均压变形破断试验，能够充分模拟岩梁断裂前、后的变形和应力分布演化过程，能够通过粘贴在岩梁侧面的应变片测试岩梁变形及应力转移情况，通过声发射装置获得岩梁断裂前、后的声发射情况和破断位置，且试验简便、快捷、真实。
本发明的目的可以通过下述技术方案来实现：
本岩梁均压变形破断试验装置，包括试验架、加压系统和数据测录系统，所述加压系统包括有试验加载机，所述数据测录系统包括静态应变测试仪、声发射监测装置和近景应变监测仪，其特征是：所述试验架由底座槽钢、两块侧帮槽钢、前挡板和后挡板组成，底座槽钢底面向下、槽口向上，横向设置于水平面上，两块侧帮槽钢底面向内、槽口均向外，竖直设置在底座槽钢槽内的左、右两侧，并都与底座槽钢的底面相焊接，两块侧帮槽钢的前、后两侧面上均设有若干螺栓孔III，两块侧帮槽钢的前侧面通过若干螺栓与前挡板以及底座槽钢的前侧面固定在一起，两块侧帮槽钢的后侧面通过若干螺栓与后挡板以及底座槽钢的后侧面固定在一起，前挡板的中间设有观察窗，前挡板与底座槽钢的前侧面之间，以及后挡板与底座槽钢的后侧面之间，留有相互对应的两条用于抽出开采抽块的空隙，所述试验架内盛装有立体试验模型，该立体试验模型由相似材料制成的均匀砌体层、开采抽块层、真实岩梁材料制成的岩梁层、均压气囊层和由两块槽钢相对焊接制成的均压对焊槽钢构成，均匀砌体层为模型的最下层，位于试验架的底座槽钢和两块侧帮槽钢围成的范围内，均匀砌体层上部为开采 抽块层，开采抽块层位于相互对应的两条空隙处，开采抽块层上部为岩梁层，岩梁层上部为均压气囊层，岩梁层和均压气囊层均位于试验架的前挡板、后挡板和两块侧帮槽钢围成的范围内，均压气囊层上部盖有均压对焊槽钢，试验加载机的加压部件垂直顶压在均压对焊槽钢上，在岩梁层的前侧面贴有多个观测点光标，所述静态应变测试仪的应变片分段粘贴布设于试验岩梁层，即岩梁层的前、后两侧面，所述声发射监测装置的传感器探头设置在试验岩梁层，即岩梁层上，所述近景应变监测仪的拍摄装置设置在前挡板的观察窗前方，其镜头对准观察窗处看到的立体试验模型上，岩梁层前侧面的多个观测点光标，静态应变测试仪、声发射监测装置和近景应变监测仪的输出端均与计算机主机相连接。
本发明所述前挡板由半“回”字形的厚钢板、有机玻璃板、固边角铁、若干螺钉、3对焊接垫块和两条加强筋组成，厚钢板的中间开口为观察窗口，该观察窗口处嵌入有有机玻璃板，有机玻璃板与厚钢板以及横向设置在厚钢板中间开口上方的固边角铁，通过厚钢板中间开口周围的若干圆孔，用若干螺钉固定连接，固边角铁的两端通过一对焊接垫块焊接至厚钢板上，两条加强筋横向设置在有机玻璃板表面，每条加强筋的两端通过一对焊接垫块焊接至厚钢板上，厚钢板的两侧均布设有多个螺栓孔I；所述后挡板由长方形厚钢板组成，长方形厚钢板的两侧均布设有多个螺栓孔II。
本发明的试验加载机为伺服试验机。
本发明的声发射检测装置为PCI-II声发射监测装置。
本发明的底座槽钢和两块侧帮槽钢均为10#槽钢。
本发明的两条用于抽出开采抽块的空隙均为20毫米。
本发明的优点是：1)采用均压气囊层，实现了真实岩梁的均压加载；2)该试验装置试验架尺寸小，其立体试验模型，试验岩梁层为真实岩梁，制作时无须风干，制作简单，耗时少，造价低廉，不用考虑相似材料的相似比，数据更具真实性与说服力；3)该试验装置的数据测录系统包括有静态应变测试仪、声发射监测装置和近景应变监测仪，应用该试验装置进行岩梁均压变形破断试验，能够充分模拟岩梁断裂前、后的变形和应力分布演化过程，从而模拟煤层开采后岩梁断裂前后的变形与应力分布，对老顶真实断裂形态的研究提供帮助与借鉴；能够通过粘贴在试验岩梁侧面的应变片测试岩梁变形及应力转移情况，从而对岩梁的变形及应力转移情况进行监测；能够通过声发射装置获得岩梁断裂前、后的声发射情况和破断位置，便于结合相关现场微震研究，对老顶断裂预测作出指导；4)试验简便、快捷、真实；5)应用该试验装置进行岩梁均压变形破断试验，试验研究后期还可结合实际情况，开展不同组合梁配伍、梁间夹层厚度等条件的测试，逐渐和现场吻合。
附图说明
图1是本发明的试验架整体结构示意图；
图2是图1的侧视剖面图；
图3是图1的主视剖面图；
图4是试验架的前挡板结构示意图；
图5是试验架的后挡板结构示意图；
图6是本发明的安装结构示意图。
图中：18、有机玻璃板和厚钢板互嵌锚固区。
具体实施方式
如图1-6所示，本岩梁均压变形破断试验装置，包括试验架、加压系统和数据测录系统，所述加压系统包括有试验加载机23，所述数据测录系统包括静态应变测试仪26、声发射监测装置25和近景应变监测仪27，其特征是：所述试验架由底座槽钢4、两块侧帮槽钢3、前挡板1和后挡板9组成，底座槽钢4底面向下、槽口向上，横向设置于水平面上，两块侧帮槽钢3底面向内、槽口均向外，竖直设置在底座槽钢4槽内的左、右两侧，并都与底座槽钢4的底面相焊接，两块侧帮槽钢3的前、后两侧面上均设有若干螺栓孔III12，两块侧帮槽钢3的前侧面通过若干螺栓22与前挡板1以及底座槽钢4的前侧面固定在一起，两块侧帮槽钢3的后侧面通过若干螺栓与后挡板9以及底座槽钢4的后侧面固定在一起，前挡板1的中间设有观察窗2，前挡板1与底座槽钢4的前侧面之间，以及后挡板9与底座槽钢4的后侧面之间，留有相互对应的两条用于抽出开采抽块的空隙10，所述试验架内盛装有立体试验模型24，该立体试验模型24由相似材料制成的均匀砌体层5、开采抽块层6、真实岩梁材料制成的岩梁层7、均压气囊层8和由两块槽钢相对焊接制成的均压对焊槽钢11构成，均匀砌体层5为模型的最下层，位于试验架的底座槽钢4和两块侧帮槽钢3围成的范围内，均匀砌体层5上部为开采抽块层6，开采抽块层6位于相互对应的两条空隙10处，开采抽块层6上部为岩梁层7，岩梁层7上部为均压气囊层8，岩梁层7和均压气囊层8均位于试验架的前挡板1、后挡板9和两块侧帮槽钢3围成的范围内，均压气囊层8上部盖有均压对焊槽钢11，试验加载机23的加压部件垂直顶压在均压对焊槽钢11上，在岩梁层7的前侧面贴有多个观测点光标，所述静态应变测试仪26的应变片分段粘贴布设于试验岩梁层，即岩梁层7的前、后两侧面，所述声发射监测装置25的传感器探头设置在试验岩梁层，即岩梁层7上，所述近景应变监测仪27的拍摄装置设置在前挡板1的观察窗2前方，其镜头对准观察窗2处看到的立体试验模型上，岩梁层7前侧面的多个观测点光标，静态应变测试仪26、声发射监测装置25和近景应变监测仪27的输出端均与计算机28主机相连接。
如图1、2、4、5所示，所述前挡板1由半“回”字形的厚钢板14、有机玻璃板19、固边角铁13、若干螺钉20、3对焊接垫块16和两条加强筋17组成，厚钢板14的中间开口为观察窗2口，该观察窗2口处嵌入有有机玻璃板19，有机玻璃板19与厚钢板14以及横向设置在厚钢板14中间开口上方的固边角铁13，通过厚钢板14中间开口周围的若干圆孔，用若干螺钉20固定连接，固边角铁13的两端通过一对焊接垫块16焊接至厚钢板14上，两条加强筋17横向设置在有机玻璃板19表面，每条加强筋17的两端通过一对焊接垫块16焊接至厚钢板14上，厚钢板14的两侧均布设有多个螺栓孔I 15；所述后挡板9由长方形厚钢板组 成，长方形厚钢板的两侧均布设有多个螺栓孔II 21。
如图6所示，试验加载机23为伺服试验机。声发射监测装置25为PCI-II声发射监测装置。
如图1-3所示，底座槽钢4和两块侧帮槽钢3均为10#槽钢。两条用于抽出开采抽块的空隙10均为20毫米。
本岩梁均压变形破断试验装置，试验架盛装立体试验模型24后，将其放置在试验加载机23上进行加压试验，加压方向为图1中箭头方向，同时用静态应变测试仪26、声发射监测装置25和近景应变监测仪27进行数据监测，其中，静态应变测试仪26用于监测试验岩梁破断前后的变形与应力分布情况，声发射监测装置25用于观测试验岩梁断裂前后的微裂隙发育状况，近景应变监测仪27用于监测试验岩梁变形和冒落情况，通过上述监测获得的数据通过计算机28处理后进行汇总分析。

Claims (6)

1.一种岩梁均压变形破断试验装置，包括试验架、加压系统和数据测录系统，所述加压系统包括有试验加载机(23)，所述数据测录系统包括静态应变测试仪(26)、声发射监测装置(25)和近景应变监测仪(27)，其特征是：所述试验架由底座槽钢(4)、两块侧帮槽钢(3)、前挡板(1)和后挡板(9)组成，底座槽钢(4)底面向下、槽口向上，横向设置于水平面上，两块侧帮槽钢(3)底面向内、槽口均向外，竖直设置在底座槽钢(4)槽内的左、右两侧，并都与底座槽钢(4)的底面相焊接，两块侧帮槽钢(3)的前、后两侧面上均设有若干螺栓孔III(12)，两块侧帮槽钢(3)的前侧面通过若干螺栓(22)与前挡板(1)以及底座槽钢(4)的前侧面固定在一起，两块侧帮槽钢(3)的后侧面通过若干螺栓与后挡板(9)以及底座槽钢(4)的后侧面固定在一起，前挡板(1)的中间设有观察窗(2)，前挡板(1)与底座槽钢(4)的前侧面之间，以及后挡板(9)与底座槽钢(4)的后侧面之间，留有相互对应的两条用于抽出开采抽块的空隙(10)，所述试验架内盛装有立体试验模型(24)，该立体试验模型(24)由相似材料制成的均匀砌体层(5)、开采抽块层(6)、真实岩梁材料制成的岩梁层(7)、均压气囊层(8)和由两块槽钢相对焊接制成的均压对焊槽钢(11)构成，均匀砌体层(5)为模型的最下层，位于试验架的底座槽钢(4)和两块侧帮槽钢(3)围成的范围内，均匀砌体层(5)上部为开采抽块层(6)，开采抽块层(6)位于相互对应的两条空隙(10)处，开采抽块层(6)上部为岩梁层(7)，岩梁层(7)上部为均压气囊层(8)，岩梁层(7)和均压气囊层(8)均位于试验架的前挡板(1)、后挡板(9)和两块侧帮槽钢(3)围成的范围内，均压气囊层(8)上部盖有均压对焊槽钢(11)，试验加载机(23)的加压部件垂直顶压在均压对焊槽钢(11)上，在岩梁层(7)的前侧面贴有多个观测点光标，所述静态应变测试仪(26)的应变片分段粘贴布设于试验岩梁层，即岩梁层(7)的前、后两侧面，所述声发射监测装置(25)的传感器探头设置在试验岩梁层，即岩梁层(7)上，所述近景应变监测仪(27)的拍摄装置设置在前挡板(1)的观察窗(2)前方，其镜头对准观察窗(2)处看到的立体试验模型上，岩梁层(7)前侧面的多个观测点光标，静态应变测试仪(26)、声发射检测装置(25)和近景应变监测仪(27)的输出端均与计算机(28)主机相连接。
2.根据权利要求1所述的一种岩梁均压变形破断试验装置，其特征是：所述前挡板(1)由半“回”字形的厚钢板(14)、有机玻璃板(19)、固边角铁(13)、若干螺钉(20)、3对焊接垫块(16)和两条加强筋(17)组成，厚钢板(14)的中间开口为观察窗(2)口，该观察窗(2)口处嵌入有有机玻璃板(19)，有机玻璃板(19)与厚钢板(14)以及横向设置在厚钢板(14)中间开口上方的固边角铁(13)，通过厚钢板(14)中间开口周围的若干圆孔，用若干螺钉(20)固定连接，固边角铁(13)的两端通过一对焊接垫块(16)焊接至厚钢板(14)上，两条加强筋(17)横向设置在有机玻璃板(19)表面，每条加强筋(17)的两端通过一对焊接垫块(16)焊接至厚钢板(14)上，厚钢板(14)的两侧均布设有多个螺栓孔I(15)；所述后挡板(9)由长方形厚钢板组成，长方形厚钢板的两侧均布设有多个螺栓孔II(21)。
3.根据权利要求1或2所述的一种岩梁均压变形破断试验装置，其特征是：试验加载机(23)为伺服试验机。
4.根据权利要求1或2所述的一种岩梁均压变形破断试验装置，其特征是：声发射监测装置(25)为PCI-II声发射监测装置。
5.根据权利要求1或2所述的一种岩梁均压变形破断试验装置，其特征是：底座槽钢(4)和两块侧帮槽钢(3)均为10#槽钢。
6.根据权利要求1或2所述的一种岩梁均压变形破断试验装置，其特征是：两条用于抽出开采抽块的空隙(10)均为20毫米。
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