CN112461410A - 一种实验室测定矿岩散体垂直应力分布的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地下金属矿山崩落法采矿领域，尤其是一种实验室测定矿岩散体垂直应力分布的装置，其包括：装置架、箱体结构以及测试系统；其中：装置架为位于整个装置最外侧的长方体框架，其包括：型材(1)、T型连接板(3)、直角连接件(4)、连接丝杆(6)；箱体结构位于装置架内部并与装置架固定连接，其包括：两个正面板(9)、两个端部板(10)以及一个底部板(11)；测试系统与箱体结构固定连接，其包括：若干个压力传感器(14)、若干个受力板(15)、控制柜(16)和计算机(19)。本发明可以测定不同矿体倾角条件下的矿岩散体垂直应力分布情况，对于设计底部结构以及确定底部结构的支护形式均具有重要的意义。

Description

一种实验室测定矿岩散体垂直应力分布的装置

技术领域

本发明涉及地下金属矿山崩落法采矿领域，尤其是一种实验室测定矿岩散体垂直应力分布的装置。

背景技术

在地下金属矿山采用崩落法采矿过程中，崩落的矿岩散体直接作用在底部结构上，导致底部结构承受垂直应力。随着开采深度的增加，作用在底部结构上的垂直应力不断增加，然而由于受到边壁和开采范围的影响，垂直应力的分布并不均匀。因此准确测定不同条件下矿岩散体的垂直应力分布情况，对于设计底部结构以及确定底部结构的支护形式均具有重要的意义。

目前，确定底部结构所受的垂直应力，基本以理论计算为主，且认为不同位置处的底部结构所受的垂直应力相同，然而实际矿体为非规则形态且矿体的倾角会发生变化，这会导致开采范围出现各种情况，开采范围的边壁会对崩落的矿岩散体产生影响且会影响底部结构所受的垂直应力，此时若将底部结构所受的垂直应力视为均匀分布，这在一定程度上不利于对矿岩散体垂直应力分布的科学研究以及对底部结构的设计等。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种实验室测定矿岩散体垂直应力分布的装置，其解决了现有技术仅以理论计算为主、不利于对散体垂直应力分布的科学研究以及对底部结构的合理设计。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种实验室测定矿岩散体垂直应力分布的装置，其包括：装置架、箱体结构以及测试系统；其中：

所述装置架为位于整个装置最外侧的长方体框架，其包括：型材、T型连接板、直角连接件、连接丝杆；

所述箱体结构位于装置架内部并与装置架固定连接，其包括：两个正面板、两个端部板以及一个底部板；

所述测试系统与箱体结构固定连接，其包括：若干个压力传感器、若干个受力板、控制柜和计算机。

所述型材之间由T型连接板和直角连接件通过螺丝组合连接，所述型材上设有型材凹槽；所述型材上还设有连接孔，所述连接孔位于装置架的底部，用于安装连接丝杆。

所述装置架还包括可调节连接板，所述可调节连接板位于装置架的顶部，可调节连接板上设有可调节槽，可调节槽为长条形的通槽，可调节槽内设有穿过可调节槽并将可调节连接板固定在型材上的固定杆。

所述箱体结构的底部板位于装置架底部长边的型材凹槽内，底部板的长度小于装置架长边的长度，宽度与装置架短边的长度适配。

所述箱体结构的两个正面板分别安装在装置架长边上的两个侧面的型材凹槽内，正面板上设有角度调节槽，该角度调节槽为通槽，呈弧型。

所述箱体结构的两个端部板分别位于装置架短边的两侧，所述端部板的两个侧边缘分别与两个正面板贴合，两个端部板的下边缘分别与底部板的两端部边缘贴合，端部板通过连接丝杆与连接孔活动连接在装置架底部的型材上。

所述两个端部板的上端部与正面板接触的两个侧边上分别设有连接圆管，连接圆管一端固定在端部板的侧边缘上，另一端伸入角度调节槽，并穿过可调节连接板上的可调节槽，与可调节连接板轴连接，使通过可调节连接板可带动端部板，在角度调节槽的限位作用下，呈弧形轨迹滑动，以改变端部板与底部板间的夹角。

所述若干个压力传感器阵列分布且固定连接在底部板上，所述压力传感器顶部与受力板固定连接且一一对应。

所述控制柜包括：PLC、电源模块、输入输出模块、空气开关、控制仪表；电源模块通过空气开关与PLC电连接，PLC通过输入输出模块分别与控制仪表和计算机电连接。

一种实验室测定矿岩散体垂直应力分布的装置的测定方法，步骤如下：

S1：根据研究矿体的倾角值调节箱体结构两侧的端部板的角度，使端部板与底部板间的夹角和研究矿体的倾角保持一致；

S2：通过控制仪表或计算机将全部压力传感器的数据归零，并在计算机内输入受力板的面积值A；

S3：向箱体结构内充填矿岩散体，并到达实验设计高度；

S4：通过控制仪表或计算机可显示每个压力传感器的压力值P_i，且计算机可根据压力值P_i计算出每个压力传感器测得的垂直应力为：

此时结合每个压力传感器的空间位置，可以获得矿岩散体垂直应力的分布规律；

S5：试验结束，清理装置并将装置恢复到初始状态。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种实验室测定矿岩散体垂直应力分布的装置，可以测定在地下金属矿山采用崩落法采矿过程中，不同矿体倾角条件下的矿岩散体的垂直应力分布情况，有利于对矿岩散体垂直应力分布测定实验的分析与总结，对于设计底部结构以及确定底部结构的支护形式均具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的装置架的正视图；

图3为本发明的装置架的侧视图；

图4为本发明的正面板示意图；

图5为本发明的压力传感器14和受力板15布置的正视图；

图6为本发明的压力传感器14和受力板15布置的俯视图。

【附图标记说明】

1：型材；

2：型材凹槽；

3：T型连接板；

4：直角连接件；

5：连接孔；

6：连接丝杆；

7：可调节连接板；

8：可调节槽；

9：正面板；

10：端部板；

11：底部板；

12：角度调节槽；

13：连接圆管；

14：压力传感器；

15：受力板；

16：控制柜；

17：PLC；

18：控制仪表；

19：计算机。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”......等方位名词以附图1的定向为参照。

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

实施例1：

如图1所示，本发明为一种实验室测定矿岩散体垂直应力分布的装置，其包括装置架、箱体结构以及测试系统。装置架为位于整个装置最外侧的主体框架，起到连接和固定的作用。箱体结构固定连接在装置架上，是盛放矿岩散体的容器，可模拟在地下金属矿山采用崩落法采矿的矿体条件。测试系统与组合后的箱体结构、装置架配合，实现矿岩散体压力值的测定，并通过测试系统将压力值转化为应力值，获得垂直应力的分布值。

如图2、3所示，装置架为长方体框架，其包括：型材1、T型连接板3、直角连接件4、连接丝杆6和可调节连接板7。型材1之间由T型连接板3和直角连接件4通过螺丝组合连接，型材1上设置有型材凹槽2，用于安装箱体结构的端部板10以及底部版11，型材1上还设有连接孔5，连接孔5位于装置架的底部，用于安装连接丝杆6。可调节连接板7位于装置架顶部的，可调节连接板7上设有可调节槽8，可调节槽8为长条形的通槽，可调节槽8内有穿过可调节槽8将可调节连接板7固定在型材1上的固定杆。

如图1、4所示，箱体结构包括：两个正面板9、两个端部板10以及一个底部板11。

箱体结构的底部板11位于装置架底部长边的型材凹槽2内，底部板11的长度小于装置架长边的长度，宽度与装置架短边的长度适配，底部板11作为箱体结构的底板。

箱体结构的两个正面板9分别安装在装置架长边上的两个侧面的型材凹槽2内，并通过型材1、T型连接板3、直角连接件4与装置架固定在一起。正面板9上设有角度调节槽12，该角度调节槽12为通槽，呈弧型。

箱体结构的两个端部板10分别位于装置架短边的两侧，所述端部板10的两个侧边缘分别与两个正面板9贴合，两个端部板10的下边缘分别与底部板11的两端部边缘贴合，端部板10通过连接丝杆6与连接孔5活动连接在装置架底部的型材1上。

两个正面板9、两个端部板10以及一个底部板11组合在一起，形成一个上部开口的箱体，便于矿岩散体的装填以及实验结束后的清理工作。

端部板10的上端部与正面板9接触的两个侧边上分别设有连接圆管13。连接圆管13一端固定在端部板10的侧边缘上，另一端伸入角度调节槽12，并穿过可调节连接板7上的可调节槽8，与可调节连接板7轴连接，使通过可调节连接板7可带动端部板10，在角度调节槽12的限位作用下，呈弧形轨迹滑动，以改变端部板10与底部板11间的夹角，用于模拟崩落法采矿过程中的矿体条件。

如图1、5、6所示，测试系统包括：若干个压力传感器14、若干个受力板15、控制柜16和计算机19。

若干个压力传感器14阵列分布且固定连接在底部板11上，压力传感器14顶部与受力板15固定连接且一一对应，受力板15用于承载其上部的矿岩散体。

优选地，受力板15呈正方形，压力传感器14与受力板15的数量可根据实验设计具体情况调整。

压力传感器14与控制柜16电连接，控制柜16包括：PLC17、电源模块、输入输出模块、空气开关、控制仪表18。电源模块通过空气开关与PLC17电连接，PLC17通过输入输出模块分别与控制仪表18和计算机19电连接。

当箱体结构中装填矿岩散体产生的垂直应力时，力作用于受力板15，并通过压力传感器14产生电信号，将实测数据传输到控制柜16中，控制柜16通过PLC17将数据传输至控制仪表18与计算机19中，控制仪表18用于显示实测数据，计算机19根据实测数据计算出垂直应力，以完成垂直应力的测定。

实施例2：

一种实验室测定矿岩散体垂直应力分布的装置的测定方法，步骤如下：

S1：根据研究矿体的倾角值调节箱体结构两侧的端部板的角度，使端部板与底部板间的夹角和研究矿体的倾角保持一致；

S2：通过控制仪表或计算机将全部压力传感器的数据归零，并在计算机内输入受力板的面积值A；

S3：向箱体结构内充填矿岩散体，并到达实验设计高度；

S4：通过控制仪表18或计算机19可显示每个压力传感器14的压力值P_i，且计算机19可根据压力值P_i计算出每个压力传感器14测得的垂直应力为：

此时结合每个压力传感器14的空间位置，可以获得矿岩散体垂直应力的分布规律；

S5：试验结束，清理装置并将装置恢复到初始状态。

本发明提供的一种实验室测定矿岩散体垂直应力分布的装置，可以测定在地下金属矿山采用崩落法采矿过程中，不同矿体倾角条件下的矿岩散体的垂直应力分布情况，有利于对矿岩散体垂直应力分布测定实验的分析与总结，对于设计底部结构以及确定底部结构的支护形式均具有重要的意义。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种实验室测定矿岩散体垂直应力分布的装置，其特征在于，包括：装置架、箱体结构以及测试系统；其中：

所述装置架为位于整个装置最外侧的长方体框架，其包括：型材(1)、T型连接板(3)、直角连接件(4)、连接丝杆(6)；

所述箱体结构位于装置架内部并与装置架固定连接，其包括：两个正面板(9)、两个端部板(10)以及一个底部板(11)；

所述测试系统与箱体结构固定连接，其包括：若干个压力传感器(14)、若干个受力板(15)、控制柜(16)和计算机(19)。

2.根据权利要求1所述的实验室测定矿岩散体垂直应力分布的装置，其特征在于：所述型材(1)之间由T型连接板(3)和直角连接件(4)通过螺丝组合连接，所述型材(1)上设有型材凹槽(2)；所述型材(1)上还设有连接孔(5)，所述连接孔(5)位于装置架的底部，用于安装连接丝杆(6)。

3.根据权利要求2所述的实验室测定矿岩散体垂直应力分布的装置，其特征在于：所述装置架还包括可调节连接板(7)，所述可调节连接板(7)位于装置架的顶部，可调节连接板(7)上设有可调节槽(8)，可调节槽(8)为长条形的通槽，可调节槽(8)内设有穿过可调节槽(8)并将可调节连接板(7)固定在型材(1)上的固定杆。

4.根据权利要求3所述的实验室测定矿岩散体垂直应力分布的装置，其特征在于：所述箱体结构的底部板(11)位于装置架底部长边的型材凹槽(2)内，底部板(11)的长度小于装置架长边的长度，宽度与装置架短边的长度适配。

5.根据权利要求4所述的实验室测定矿岩散体垂直应力分布的装置，其特征在于：所述箱体结构的两个正面板(9)分别安装在装置架长边上的两个侧面的型材凹槽(2)内，正面板(9)上设有角度调节槽(12)，该角度调节槽(12)为通槽，呈弧型。

6.根据权利要求5所述的实验室测定矿岩散体垂直应力分布的装置，其特征在于：所述箱体结构的两个端部板(10)分别位于装置架短边的两侧，所述端部板(10)的两个侧边缘分别与两个正面板(9)贴合，两个端部板(10)的下边缘分别与底部板(11)的两端部边缘贴合，端部板(10)通过连接丝杆(6)与连接孔(5)活动连接在装置架底部的型材(1)上。

7.根据权利要求6所述的实验室测定矿岩散体垂直应力分布的装置，其特征在于：所述两个端部板(10)的上端部与正面板(9)接触的两个侧边上分别设有连接圆管(13)，连接圆管(13)一端固定在端部板(10)的侧边缘上，另一端伸入角度调节槽(12)，并穿过可调节连接板(7)上的可调节槽(8)，与可调节连接板(7)轴连接，使通过可调节连接板(7)可带动端部板(10)，在角度调节槽(12)的限位作用下，呈弧形轨迹滑动，以改变端部板(10)与底部板(11)间的夹角。

8.根据权利要求1所述的实验室测定矿岩散体垂直应力分布的装置，其特征在于：所述若干个压力传感器(14)阵列分布且固定连接在底部板(11)上，所述压力传感器(14)顶部与受力板(15)固定连接且一一对应。

9.根据权利要求8所述的实验室测定矿岩散体垂直应力分布的装置，其特征在于所述控制柜(16)包括：PLC(17)、电源模块、输入输出模块、空气开关、控制仪表(18)；电源模块通过空气开关与PLC(17)电连接，PLC(17)通过输入输出模块分别与控制仪表(18)和计算机(19)电连接。

10.一种采用权利要求1-9所述的实验室测定矿岩散体垂直应力分布的装置的测定方法，步骤如下：

S1：根据研究矿体的倾角值调节箱体结构两侧的端部板(10)的角度，使端部板(10)与底部板(11)间的夹角和研究矿体的倾角保持一致；

S2：通过控制仪表(18)或计算机(19)将全部压力传感器(14)的数据归零，并在计算机(19)内输入受力板(15)的面积值A；

S3：向箱体结构内充填矿岩散体，并到达实验设计高度；

S4：通过控制仪表(18)或计算机(19)可显示每个压力传感器(14)的压力值P_i，且计算机(19)可根据压力值P_i计算出每个压力传感器(14)测得的垂直应力为：

此时结合每个压力传感器(14)的空间位置，可以获得矿岩散体垂直应力的分布规律；

S5：试验结束，清理装置并将装置恢复到初始状态。

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