CN109946164B - 一种模拟煤矿采场煤岩灾变的实验平台及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟煤矿采场煤岩灾变的实验平台，包括基座装置、煤体模拟装置、直接顶模拟装置、液压支架和可移动冲击装置，煤体模拟装置固定设置在基座装置上，液压支架固定在基座装置上且位于煤体模拟装置的一侧，直接顶模拟装置设置在煤体模拟装置、液压支架的上方，可移动冲击装置设置在直接顶模拟装置的上方，直接顶模拟装置为一个矩形框架，矩形框架用于从下向上依次铺设散体模拟材料和直接顶模拟材料，可移动冲击装置能够冲击直接顶模拟材料和散体模拟材料，提供工作面顶板来压的缓冲作用，准确模拟可移动冲击过程中不同破断位置、不同冲击载荷下散体顶煤或破碎直接顶对液压支架和煤壁的影响情况。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿工程技术领域，特别是涉及一种模拟煤矿采场煤岩灾 变的实验平台及实验方法。
背景技术
煤矿顶板事故是煤矿五大灾害之一，对矿井安全生产危害极大，据煤矿 事故统计，大多数顶板事故发生在回采工作面，约占75％～85％，而回采工作 面顶板事故多发生在顶板来压期间，约占顶板事故的60％～70％。从上述数据 可以看出采场顶板来压对采场顶板事故起着关键性的作用，而顶板来压的关 键又在于基本顶的破断和与直接顶的关系。同时煤矿开采中，综放工作面上 方往往会存在一部分散体顶煤或破碎直接顶，这对工作面顶板来压有一个缓 冲作用，但又没有成熟的实验装置可以是准确的模拟散体顶煤或破碎直接顶 对工作面的影响。因此急需设计出一种模拟煤矿采场煤岩灾变的实验平台及 实验方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种模拟煤矿采场煤岩灾变的实验平台及实验方 法，以解决上述现有技术存在的问题，使矩形框架中依次铺设的散体模拟 材料和直接顶模拟材料提供工作面顶板来压的缓冲作用，准确模拟可移动 冲击过程中不同破断位置、不同冲击载荷下散体顶煤或破碎直接顶对液压 支架和煤壁的影响情况。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种模拟煤矿采场煤岩灾变的实验平台，包括基座装置、 煤体模拟装置、直接顶模拟装置、液压支架和可移动冲击装置，所述煤体 模拟装置固定设置在所述基座装置上，所述煤体模拟装置用于放置煤体模 拟材料，所述液压支架固定在所述基座装置上且位于所述煤体模拟装置的 一侧，所述直接顶模拟装置设置在所述煤体模拟装置、所述液压支架的上 方，所述可移动冲击装置设置在所述直接顶模拟装置的上方，所述直接顶模拟装置为一个矩形框架，所述矩形框架用于从下向上依次铺设散体模拟 材料和直接顶模拟材料，所述可移动冲击装置能够冲击所述直接顶模拟材 料和所述散体模拟材料。
进一步的，所述基座装置包括承载台和底座，所述承载台和所述底座 之间设有调斜千斤顶，所述调斜千斤顶的壳体与所述承载台固定连接，所 述调斜千斤顶的推杆与所述底座固定连接。
进一步的，所述承载台和所述底座均为板材，所述承载台和所述底座 的四边均设有连接孔，所述承载台通过所述连接孔并利用连接杆与所述底 座可拆卸连接。
进一步的，所述煤体模拟装置包括侧挡板、前挡板、后挡板和围压施 加装置，所述侧挡板、所述前挡板和所述后挡板均设置在所述底座上，所 述底座上设有若干个第一凹槽，所述侧挡板的底端设有若干个第一凸块， 所述侧挡板通过所述第一凸块、所述第一凹槽与所述底座滑动连接，所述 侧挡板的后端设有若干个第二凹槽，所述后挡板上设有若干个第二凸块， 所述后挡板通过所述第二凸块、所述第二凹槽与所述侧挡板滑动连接，所 述侧挡板的前端与所述前挡板可拆卸连接，所述围压施加装置给所述侧挡 板以及所述后挡板提供围压。
进一步的，所述围压施加装置包括侧向承载轴、泵站和若干个液压缸， 所述侧向承载轴固定在所述底座上，所述液压缸的缸体均固定在所述侧向 承载轴上，所述液压缸的推杆分别能够与所述侧挡板以及所述后挡板触接， 所述液压缸与所述泵站连通。
进一步的，所述液压支架包括顶梁、掩护梁、尾梁、护帮板和侧护板， 所述顶梁与所述掩护梁由一块钢板构成，所述顶梁与所述掩护梁的夹角为 60°，所述尾梁与所述掩护梁铰接，所述顶梁的后端与所述护帮板铰接， 所述顶梁与所述护帮板相邻的一侧与所述侧护板与铰接，所述护帮板打开 能够紧贴所述煤体模拟材料，所述顶梁、所述护帮板和所述侧护板均安装 有应力传感器。
进一步的，所述可移动冲击装置包括支撑杆、轨道和电动升降电磁吸 附装置，所述支撑杆为两个，两个所述支撑杆的底端均固定在所述底座上， 所述轨道横跨固定在两个所述支撑杆的顶端，所述电动升降电磁吸附装置 的上端与所述轨道滑动连接，所述电动升降电磁吸附装置的下端固定连接 有铁板，所述铁板能够冲击所述直接顶模拟材料和所述散体模拟材料。
进一步的，所述支撑杆的顶端为U型结构，所述轨道焊接在所述支撑 杆的U型结构内，所述侧向承载轴顶端焊接在所述轨道上，所述矩形框架 焊接在所述侧向承载轴上。
进一步的，所述电动升降电磁吸附装置至少为两个且分别独立控制， 所述电动升降电磁吸附装置包括滑动钢板、电动升降轴和吸盘式电磁铁， 所述滑动钢板与所述轨道滑动连接，所述滑动钢板上设有若干个滚轮，所 述滚轮均在所述轨道上运动，所述电动升降轴的一端与滑动钢板固定连接， 所述电动升降轴的另一端连接有所述吸盘式电磁铁，所述吸盘式电磁铁能 够吸附或释放所述铁板。
本发明提供了一种模拟煤矿采场煤岩灾变的实验方法，利用以上所述 的模拟煤矿采场煤岩灾变的实验平台，包括如下步骤：
1)在煤体模拟装置中按照煤炭中沙子、石灰、石膏材料的比例配置成 煤体模拟材料；
2)在煤体模拟材料中靠近侧挡板和后挡板侧，均布若干个应变片和位 移传感器，在煤体模拟材料下方放置压力盒；
3)在矩形框架中铺设散体模拟材料，模拟散体顶煤或破碎直接顶；
4)在散体模拟材料上铺设直接顶模拟材料；
5)用两个电动升降电磁吸附装置分别吸附一块铁板的中心轴线位置；
6)将吸盘式电磁铁断电，两块铁板砸下，冲击煤体模拟材料，模拟基 本顶断裂或冲击地压；
7)记录顶梁、侧护板、护帮板上应力的变化以煤壁位移量和破坏情况；
8)改变散体模拟材料的散体块度、块度级配和铺设厚度，重复进行步 骤4-7；
9)改变铁板水平位置、高度、配重和倾斜角度以及底座的倾斜角度， 重复进行步骤5-8。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明中将直接顶模拟装置设置为一个矩形框架，矩形框架中从下向 上依次铺设散体模拟材料和直接顶模拟材料，用于模拟存在散体顶煤或破 碎直接顶的情况，利用可移动冲击装置冲击煤体模拟装置中的煤体模拟材 料和液压支架，冲击过程中散体模拟材料和直接顶模拟材料分别在液压支 架和煤体模拟材料上方起到缓冲作用，且可利用可移动冲击装置改变冲击 位置和冲击载荷，从而在不同的情况下，准确模拟液压支架和煤壁的受力、 变化情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对 实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附 图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出 创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明模拟煤矿采场煤岩灾变的实验平台的结构示意图；
图2为本发明中液压支架的结构示意图；
图3为本发明中基座装置的结构示意图；
图4为本发明中承载台的结构示意图；
图5为本发明中底座的结构示意图；
图6为本发明中侧挡板的结构示意图；
图7为本发明中后挡板的结构示意图；
其中：1-底座，2-调斜千斤顶，3-承载台，4-侧挡板，5-后挡板，6-液 压缸，7-侧向承载轴，8-泵站，9-矩形框架，10-液压支架，11-顶梁，12- 护帮板，13-侧护板，14-掩护梁，15-尾梁，16-轨道，17-电动升降电磁吸附 装置，18-铁板，19-支撑杆，20-电动升降轴，21-吸盘式电磁铁，22-滑动钢 板，23-连接孔，24-第一凹槽，25-第一凸块，26-第二凹槽，27-第二凸块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进 行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没 有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护 的范围。
本发明的目的是提供一种模拟煤矿采场煤岩灾变的实验平台及实验方 法，以解决上述现有技术存在的问题，使矩形框架中依次铺设的散体模拟 材料和直接顶模拟材料提供工作面顶板来压的缓冲作用，准确模拟可移动 冲击过程中不同破断位置、不同冲击载荷下散体顶煤或破碎直接顶对液压 支架和煤壁的影响情况。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附 图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-图7所示：本实施例提供了一种模拟煤矿采场煤岩灾变的实验 平台，包括基座装置、煤体模拟装置、直接顶模拟装置、液压支架10和可 移动冲击装置，煤体模拟装置固定设置在基座装置上，煤体模拟装置用于 放置煤体模拟材料，煤体模拟材料按照煤炭进行配比模拟，液压支架10固 定在基座装置上且位于煤体模拟装置的一侧，直接顶模拟装置设置在煤体 模拟装置、液压支架10的上方，可移动冲击装置设置在直接顶模拟装置的 上方，直接顶模拟装置为一个矩形框架9，矩形框架9的材质可以选择高强 度高刚度钢板，矩形框架9的宽度略小于煤体模拟材料的宽度，矩形框架9 用于从下向上依次铺设散体模拟材料和直接顶模拟材料，可移动冲击装置 能够冲击直接顶模拟材料和散体模拟材料。散体模拟材料的散体块度、块 度级配和铺设厚度可以根据实验需要进行配比选择，直接顶模拟材料按照 真实的直接顶进行配比模拟。
具体的，基座装置包括承载台3和底座1，承载台3和底座1之间设有 调斜千斤顶2，调斜千斤顶2的壳体与承载台3固定连接，调斜千斤顶2 的推杆与底座1固定连接。承载台3和底座1均为板材，承载台3和底座1 的四边均设有连接孔23，承载台3通过连接孔23并利用连接杆与底座1 可拆卸连接，当需要调节底座1角度时，将其他三边的连接杆取出，从而 实现底座1倾斜角度的调整，以满足不同的实验要求。
煤体模拟装置包括侧挡板4、前挡板、后挡板5和围压施加装置，侧挡 板4、前挡板和后挡板5均设置在底座1上，侧挡板4、前挡板和后挡板5 的材质均为高强度高刚度钢板，底座1上设有若干个第一凹槽24，侧挡板 4的底端设有若干个第一凸块25，侧挡板4通过第一凸块25、第一凹槽24 与底座1滑动连接，侧挡板4的后端设有若干个第二凹槽26，后挡板5上 设有若干个第二凸块27，后挡板5通过第二凸块27、第二凹槽26与侧挡 板4滑动连接，侧挡板4的前端与前挡板可拆卸连接，围压施加装置给侧 挡板4以及后挡板5提供围压。围压施加装置包括侧向承载轴7、泵站8 和若干个液压缸6，侧向承载轴7焊接固定在底座1上，侧向承载轴7材料 为两个高强度高刚度工形钢板，两工形钢板焊接，液压缸6的缸体均固定在侧向承载轴7上，本实施例中选择将液压缸6的缸体焊接在侧向承载轴7 上，液压缸6的推杆分别能够与侧挡板4以及后挡板5触接，所有的液压 缸6均与泵站8连通，由泵站8统一提供和控制围压压力。侧挡板4和底 座1、侧挡板4和后挡板5的滑动连接有助于围压的施加，两个侧挡板4 和后挡板5上分别通过泵站8、液压缸6模拟三向受力，更加接近采场实际 情况。优选的，液压缸6与侧向承载轴7焊接，保证液压缸6能够稳定施 加压力。
液压支架10的材料为高强度不锈钢，液压支架10包括顶梁11、掩护 梁14、尾梁15、护帮板12和侧护板13，顶梁11与掩护梁14由一块钢板 构成，顶梁11与掩护梁14的夹角为60°，尾梁15与掩护梁14铰接，顶 梁11的后端与护帮板12铰接，顶梁11与护帮板12相邻的一侧与侧护板 13与铰接，护帮板12打开能够紧贴煤体模拟材料。铰接均可以选用一种以 销轴连接的卯榫式铰接结构，顶梁11、护帮板12和侧护板13均安装有应 力传感器，根据实验要求液压支架10具有一定的初撑力，且能通过液压支 架10的压缩变形显现出液压支架10的工作阻力，以能够监测液压支架10 不同部位的应力变化。
可移动冲击装置包括支撑杆19、轨道16和电动升降电磁吸附装置17， 支撑杆19为两个，支撑杆19的材料为高强度高刚度钢板，两个支撑杆19 的底端均固定在底座1上，轨道16横跨固定在两个支撑杆19的顶端，轨 道16的材料为高刚度钢材，通过两个支撑杆19固定于直接顶模拟装置上 方，轨道16外表面带有刻度，以便于电动升降电磁吸附装置17在轨道16 上滑动距离的控制，并通过移动电动升降电磁吸附装置17，以改变向下冲 击的位置，模拟直接顶的不同破断位置下，液压支架10不同部位载荷情况、 煤壁位移和破坏状况。电动升降电磁吸附装置17的上端与轨道16滑动连 接，电动升降电磁吸附装置17的下端固定连接有铁板18，铁板18材料为 钢材，铁板18能够冲击直接顶模拟材料和散体模拟材料。支撑杆19的顶 端为U型结构，轨道16焊接在支撑杆19的U型结构内，侧向承载轴7顶 端焊接在轨道16上，矩形框架9通过角钢或角铁焊接在侧向承载轴7上。
电动升降电磁吸附装置17至少为两个且分别独立控制，本实施例中设 置有四个电动升降电磁吸附装置17，电动升降电磁吸附装置17包括滑动钢 板22、电动升降轴20和吸盘式电磁铁21，滑动钢板22与轨道16滑动连 接，滑动钢板22上设有若干个滚轮，本实施例中有6个滚轮，滚轮均在轨 道16上运动，电动升降轴20的一端与滑动钢板22固定连接，电动升降轴 20的另一端连接有吸盘式电磁铁21，吸盘式电磁铁21能够吸附或释放铁 板18，本实施例通过移动电磁铁吸附装置17并带动铁板18移动，以实现 直接顶不同破断位置的模拟，吸盘式电磁铁21可以设置为不同重量的，电 动升降轴20可以随滑动钢板22移动，还可以自由上下伸缩。通过升高或 降低吸盘式电磁铁21的高度，或通过给铁板18配不同重量的吸盘式电磁 铁21，以实现改变冲击载荷的大小。
具体应用时，不同破断角的模拟，一块铁板18还可以被两个吸盘式电 磁铁21吸附，通过分别独立控制两个电动升降轴20的不同高低位置，以 模拟不同破断角的老顶破断情况；老顶回转变形失稳和滑落变形失稳的模 拟，通过控制两个吸盘式电磁铁21的先后断电顺序，以得到不同的铁板18 掉落方式，则可模拟老顶回转变形失稳和滑落变形失稳情况；不同破断位 置的模拟，移动电磁铁吸附装置17并带动铁板18水平方向移动，使铁板 18在不同的水平位置掉落，以模拟直接顶不同的破断位置；不同冲击载荷 的模拟，升高或降低吸盘式电磁铁21的高度，或通过给铁板18配不同重 量的吸盘式电磁铁21，以实现不同冲击载荷的模拟。铁板18掉落后给矩形 框架9内直接顶模拟材料一个冲击力，同时直接顶模拟材料下方铺有散体 材料模拟散体顶煤或破碎直接顶的缓冲作用，模拟采场顶板来压及冲击地 压，在本实施例中采场顶板来压及冲击地压通过液压支架10和煤壁表现出 来，并通过压力传感器监测仪记录液压支架10不同部位应力的变化情况， 最终得到不同开采条件下直接顶不同破断方式、不同来压强度、不同破断 位置、不同破断顺序以及煤壁上方存在散体顶煤或破碎直接顶条件下的液 压支架10不同部位载荷情况、煤壁位移和破坏状况，并分析处理数据。
本实施例还提供了一种模拟煤矿采场煤岩灾变的实验方法，利用以上 的模拟煤矿采场煤岩灾变的实验平台，包括如下步骤：
1)在煤体模拟装置中按照煤炭中沙子、石灰、石膏等材料的比例配置 成煤体模拟材料；
2)在煤体模拟材料中靠近侧挡板4和后挡板5侧，均布若干个应变片 和位移传感器，在煤体模拟材料下方放置压力盒；
3)在矩形框架9中铺设散体模拟材料，模拟散体顶煤或破碎直接顶；
4)在散体模拟材料上铺设直接顶模拟材料；
5)用两个电动升降电磁吸附装置17分别吸附一块铁板18的中心轴线 位置；
6)将吸盘式电磁铁21断电，两块铁板18砸下，冲击煤体模拟材料， 模拟基本顶断裂或冲击地压；
7)记录顶梁11、侧护板13、护帮板12上应力的变化以煤壁位移量和 破坏情况；
8)改变散体模拟材料的散体块度、块度级配和铺设厚度，重复进行步 骤4-7；
9)改变铁板18水平位置、高度、配重和倾斜角度以及底座1的倾斜 角度，重复进行步骤5-8。
从而利用步骤1-9模拟不同开采条件下直接顶不同破断方式、不同来 压强度、不同破断位置、不同破断顺序以及煤壁上方存在不同散体顶煤或 破碎直接顶条件下的液压支架10不同部位的载荷情况、煤壁位移和破坏状 况，并记录监测数据。利用监测数据分析采场支架载荷、工作面状况、散 体顶煤或破碎直接顶和煤矿采场煤壁变形的关系，从而根据工作面设备的 工作情况可以及时的采取相应的措施，达到有效的预防治理和减少采场灾 害的效果，为工作面的安全开采提供保障。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述， 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时， 对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用 范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的 限制。
Claims (7)
1.一种模拟煤矿采场煤岩灾变的实验平台，其特征在于：包括基座装置、煤体模拟装置、直接顶模拟装置、液压支架和可移动冲击装置，所述煤体模拟装置固定设置在所述基座装置上，所述煤体模拟装置用于放置煤体模拟材料，所述液压支架固定在所述基座装置上且位于所述煤体模拟装置的一侧，所述直接顶模拟装置设置在所述煤体模拟装置、所述液压支架的上方，所述可移动冲击装置设置在所述直接顶模拟装置的上方，所述直接顶模拟装置为一个矩形框架，所述矩形框架用于从下向上依次铺设散体模拟材料和直接顶模拟材料，所述可移动冲击装置能够冲击所述直接顶模拟材料和所述散体模拟材料；所述基座装置包括承载台和底座，所述承载台和所述底座之间设有调斜千斤顶，所述调斜千斤顶的壳体与所述承载台固定连接，所述调斜千斤顶的推杆与所述底座固定连接；
所述煤体模拟装置包括侧挡板、前挡板、后挡板和围压施加装置，所述侧挡板、所述前挡板和所述后挡板均设置在所述底座上，所述底座上设有若干个第一凹槽，所述侧挡板的底端设有若干个第一凸块，所述侧挡板通过所述第一凸块、所述第一凹槽与所述底座滑动连接，所述侧挡板的后端设有若干个第二凹槽，所述后挡板上设有若干个第二凸块，所述后挡板通过所述第二凸块、所述第二凹槽与所述侧挡板滑动连接，所述侧挡板的前端与所述前挡板可拆卸连接，所述围压施加装置给所述侧挡板以及所述后挡板提供围压；
所述液压支架包括顶梁、掩护梁、尾梁、护帮板和侧护板，所述顶梁与所述掩护梁由一块钢板构成，所述顶梁与所述掩护梁的夹角为60°，所述尾梁与所述掩护梁铰接，所述顶梁的后端与所述护帮板铰接，所述顶梁与所述护帮板相邻的一侧与所述侧护板与铰接，所述护帮板打开能够紧贴所述煤体模拟材料，所述顶梁、所述护帮板和所述侧护板均安装有应力传感器。
2.根据权利要求1所述的模拟煤矿采场煤岩灾变的实验平台，其特征在于：所述承载台和所述底座均为板材，所述承载台和所述底座的四边均设有连接孔，所述承载台通过所述连接孔并利用连接杆与所述底座可拆卸连接。
3.根据权利要求1所述的模拟煤矿采场煤岩灾变的实验平台，其特征在于：所述围压施加装置包括侧向承载轴、泵站和若干个液压缸，所述侧向承载轴固定在所述底座上，所述液压缸的缸体均固定在所述侧向承载轴上，所述液压缸的推杆分别能够与所述侧挡板以及所述后挡板触接，所述液压缸与所述泵站连通。
4.根据权利要求3所述的模拟煤矿采场煤岩灾变的实验平台，其特征在于：所述可移动冲击装置包括支撑杆、轨道和电动升降电磁吸附装置，所述支撑杆为两个，两个所述支撑杆的底端均固定在所述底座上，所述轨道横跨固定在两个所述支撑杆的顶端，所述电动升降电磁吸附装置的上端与所述轨道滑动连接，所述电动升降电磁吸附装置的下端固定连接有铁板，所述铁板能够冲击所述直接顶模拟材料和所述散体模拟材料。
5.根据权利要求4所述的模拟煤矿采场煤岩灾变的实验平台，其特征在于：所述支撑杆的顶端为U型结构，所述轨道焊接在所述支撑杆的U型结构内，所述侧向承载轴顶端焊接在所述轨道上，所述矩形框架焊接在所述侧向承载轴上。
6.根据权利要求4所述的模拟煤矿采场煤岩灾变的实验平台，其特征在于：所述电动升降电磁吸附装置至少为两个且分别独立控制，所述电动升降电磁吸附装置包括滑动钢板、电动升降轴和吸盘式电磁铁，所述滑动钢板与所述轨道滑动连接，所述滑动钢板上设有若干个滚轮，所述滚轮均在所述轨道上运动，所述电动升降轴的一端与滑动钢板固定连接，所述电动升降轴的另一端连接有所述吸盘式电磁铁，所述吸盘式电磁铁能够吸附或释放所述铁板。
7.一种模拟煤矿采场煤岩灾变的实验方法，其特征在于：利用权利要求6所述的模拟煤矿采场煤岩灾变的实验平台，包括如下步骤：
1）在煤体模拟装置中按照煤炭中沙子、石灰、石膏的比例配置成煤体模拟材料；
2）在煤体模拟材料中靠近侧挡板和后挡板侧，均布若干个应变片和位移传感器，在煤体模拟材料下方放置压力盒；
3）在矩形框架中铺设散体模拟材料，模拟散体顶煤或破碎直接顶；
4）在散体模拟材料上铺设直接顶模拟材料；
5）用两个电动升降电磁吸附装置分别吸附一块铁板的中心轴线位置；
6）将吸盘式电磁铁断电，两块铁板砸下，冲击煤体模拟材料，模拟基本顶断裂或冲击地压；
7）记录顶梁、侧护板、护帮板上应力的变化以煤壁位移量和破坏情况；
8）改变散体模拟材料的散体块度、块度级配和铺设厚度，重复进行步骤4-7；
9）改变铁板水平位置、高度、配重和倾斜角度以及底座的倾斜角度，重复进行步骤5-8。
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| CN112903465B (zh) * | 2021-02-04 | 2022-06-14 | 太原理工大学 | 一种倾斜采空区单排群柱双轴承载能力的测试装置与方法 |
| CN112857944B (zh) * | 2021-03-05 | 2024-08-20 | 昆明理工大学 | 一种模拟不同角度的分层充填体试件制备装置及方法 |
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| CN113686705B (zh) * | 2021-08-30 | 2024-01-26 | 合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室) | 一种多应力梯度可调速落锤冲击试验方法 |
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| CN114322924B (zh) * | 2021-09-29 | 2024-07-02 | 河南新华五岳抽水蓄能发电有限公司 | 一种模拟变倾角地层中隧洞及上覆地层沉降机制的实验装置 |
| CN114033494B (zh) * | 2021-10-18 | 2024-05-07 | 中国矿业大学 | 一种基于放顶煤模拟试验系统和试验方法 |
| CN114280275A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-04-05 | 国家能源投资集团有限责任公司 | 一种三维模拟试验中的煤层模块精细化开挖系统 |
| CN114563168B (zh) * | 2022-01-28 | 2023-09-12 | 山东科技大学 | 一种多功能液压支架试验装置及试验方法 |
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| CN118128493B (zh) * | 2024-05-10 | 2024-07-12 | 中国煤炭地质总局勘查研究总院 | 一种煤层压裂联合生物增产的实验装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102261972A (zh) * | 2011-04-19 | 2011-11-30 | 中国矿业大学(北京) | 煤矿综采支架与围岩关系实验平台 |
| CN204101517U (zh) * | 2014-09-25 | 2015-01-14 | 安徽理工大学 | 一种采煤工作面相似模拟实验台 |
| CN104458418A (zh) * | 2014-12-15 | 2015-03-25 | 中国矿业大学(北京) | 一种工作面煤壁稳定性控制模拟实验台及应用方法 |
| CN204575356U (zh) * | 2015-05-15 | 2015-08-19 | 安徽理工大学 | 一种基于采煤工作面支护和移架动态模拟的实验装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017062433A2 (en) * | 2015-10-06 | 2017-04-13 | Corning Incorporated | Apparatus and methods of mechanical testing materials |
| US10947812B2 (en) * | 2016-10-14 | 2021-03-16 | Wireline Abandonment Corp. | Wireline well abandonment tool |
| WO2018129483A1 (en) * | 2017-01-08 | 2018-07-12 | Troxler Electronic Laboratories, Inc. | Apparatus, method, and associated system for testing a pavement material sample |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102261972A (zh) * | 2011-04-19 | 2011-11-30 | 中国矿业大学(北京) | 煤矿综采支架与围岩关系实验平台 |
| CN204101517U (zh) * | 2014-09-25 | 2015-01-14 | 安徽理工大学 | 一种采煤工作面相似模拟实验台 |
| CN104458418A (zh) * | 2014-12-15 | 2015-03-25 | 中国矿业大学(北京) | 一种工作面煤壁稳定性控制模拟实验台及应用方法 |
| CN204575356U (zh) * | 2015-05-15 | 2015-08-19 | 安徽理工大学 | 一种基于采煤工作面支护和移架动态模拟的实验装置 |
Non-Patent Citations (2)
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