CN206190299U - 一种工作面煤壁柔性加固实验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种工作面煤壁柔性加固实验系统，包括实验台(1)、加载系统(2)、注浆系统(8)和监测系统(13)，所述的注浆系统(8)包括柔性加固锚杆(6)和注浆泵(7)，注浆泵(7)的注浆管道和柔性加固锚杆(6)一端连接，柔性加固锚杆(6)另一端通过钻孔伸入煤层中；监测系统(13)的液压支架(9)安装在实验台(1)靠煤壁方向的台面上；加载系统(2)安装在液压支架(9)横梁与实验台(1)所属的上方横梁之间；本实用新型能够为准确有效确定煤壁片帮的宽度和深度，注浆相关参数，为现场治理煤壁片帮提供指导，具有较好的推广应用前景。

Description

一种工作面煤壁柔性加固实验系统

技术领域

本实用新型涉及一种柔性加固实验系统，具体的说涉及确定煤壁片帮的宽度和深度及注浆相关参数的一种工作面煤壁柔性加固实验系统，本实用新型属于采场煤壁片帮室内实验领域。

背景技术

煤矿开采过程中，普遍存在着煤壁片帮问题（片帮是指采煤过程中，矿井作业面、巷道侧壁在压力作用下变形，使得一部分煤体从煤壁向工作面剥落的过程），与冒顶一样成为影响生产安全的主要因素。

在煤矿大采高工作面、软煤层工作面、仰斜开采工作面以及深部开采工作面，煤壁片帮问题尤为突出，而煤壁片帮不仅会影响到安全生产的正常进行，同时也会对采场内工人的人身安全造成严重的威胁。因此，煤壁稳定性控制是大采高采场围岩控制的重点。

申请号 : CN201410769492.0，实用新型名称：一种工作面煤壁稳定性控制模拟实验台及应用方法，公开（公告）日 : 2015.03.25，公开了一种工作面煤壁稳定性控制模拟实验台及应用方法，与现有技术相比，其采用的是在理论分析和数值模拟以及少量的二维平面物理模型上，很少涉及通过对煤壁片帮的各个因素分析，通过实验确定柔性加固参数。基于上述情况，迫切需要一种工作面煤壁柔性加固实验系统，达到精准测量煤壁稳定性与采高、煤体强度、液压支架工作阻力、顶板压力间的关系，通过柔性注浆各参数的改变，得出控制煤壁稳定性的措施，为现场治理煤壁片帮，实现采煤工作面安全高效开采提供实验指导。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种工作面煤壁柔性加固实验系统，该方案在研究煤壁稳定性与采高、煤体强度、液压支架工作阻力、顶板压力间关系的基础上，通过调整柔性注浆锚杆数量、浆液数量、注浆压力、注浆锚杆位置分布不同注浆参数，得出控制煤壁片帮的有效措施以改进公知技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型提供的一种工作面煤壁柔性加固实验系统，包括实验台、加载系统、注浆系统和监测系统，所述的注浆系统包括柔性加固锚杆和注浆泵，注浆泵的注浆管道和柔性加固锚杆一端连接，柔性加固锚杆另一端通过钻孔伸入煤层中；监测系统的液压支架安装在实验台靠煤壁方向的台面上；加载系统安装在液压支架横梁与实验台所属的上方横梁之间。

所述的柔性加固锚杆为直径4~8mm的棕绳与5~10mm的PV管缠绕组成。

所述的注浆泵的注浆压力为1~1.5MPa，在注浆泵的管道出口安装有压力表。

所述的液压加载系统由千斤顶、加载横梁和液压泵组成，所述的千斤顶安装在加载横梁上方，液压泵经过液压连接管和千斤顶连接，所述的加载横梁安装在液压支架的支架横梁上。

所述的监测系统还包括刻度尺、裂缝探测仪和激光测距仪。

所述的液压支架由支架横梁、支架支撑立柱、支架固定底板和支架调节装置组成，支架底板与实验台台面连接，支架支撑力主和支架调节装置安装在支架底板上，支架支撑力主和支架调节装置顶部分别和支架横梁连接。

采用本实用新型的技术方案，加载系统作用于煤壁上，用于模拟顶板压力，柔性加固锚杆通过钻孔打入实验台模拟的煤层中，通过注浆泵往煤层中注浆，注浆泵的注浆压力为1~1.5MPa。液压支架置放于煤壁前方，起到支护煤壁的作用；裂缝探测仪在煤壁前方测量加载过程中煤壁出现裂缝的宽度；激光测距仪以液压支架后方为基准测量加载过程中煤壁片帮的深度变化，刻度尺用于测定实验台模拟煤层高度以及测量加载过程中煤壁出现的裂隙长度和煤壁片帮宽度。

本实用新型的柔性加固锚杆为直径4~8mm的棕绳与5~10mm的PV管缠绕组成，在PV管上缠绕棕绳可以保护PV管外管，提高使用寿命，选择合适大小的PV管材和棕绳，以便于柔性加固锚杆能够轻易深入钻孔位置。

本实用新型的注浆泵的注浆压力为1~1.5MPa，在注浆泵的管道出口安装有压力表，注浆压力1~1.5MPa能够更好地实现注浆，压力太小无法注入，压力太大要溢出，安装压力表便于观察注浆泵的注浆压力。

本实用新型的液压加载系统由千斤顶、加载横梁和液压泵组成，所述的千斤顶安装在加载横梁上方，液压泵经过液压连接管和千斤顶连接，所述的加载横梁安装在液压支架的支架横梁上，通过千斤顶及液压泵，可以给液压支撑加压，保证煤壁的受力支撑。

本实用新型的监测系统还包括刻度尺、裂缝探测仪和激光测距仪，可以随时在现场根据需要选择测量仪器测量相关参数。

本实用新型的液压支架由支架横梁、支架支撑立柱、支架固定底板和支架调节装置组成，支架底板与实验台台面连接，支架支撑力主和支架调节装置安装在支架底板上，支架支撑力主和支架调节装置顶部分别和支架横梁连接，可更好的操作相关设备。

综上所述，采用本实用新型的一种工作面煤壁柔性加固实验系统及试验方法可以精准测量煤壁稳定性与采高、煤体强度、液压支架工作阻力、顶板压力间的关系，通过柔性注浆各参数的改变，得出控制煤壁稳定性的措施，为现场治理煤壁片帮，实现采煤工作面安全高效开采提供实验指导。

本实用新型具有简单易操作，能安全、有效、经济地确定控制煤壁片帮的柔性加固参数，通过室内物理实验能有效指导现场实践工作中的煤壁片帮治理问题，具有很好的推广应用前景。

附图说明

图1为一种工作面煤壁柔性加固实验系统示意图；

图2为一种工作面煤壁柔性加固实验系统的实验台示意图；

图3为一种工作面煤壁柔性加固实验系统的加载系统示意图；

图4为一种工作面煤壁柔性加固实验系统的注浆系统示意图；

图5为一种工作面煤壁柔性加固实验系统的监测系统示意图；

附图中的标记符号说明：

1实验台；2加载系统；3千斤顶；4加载横梁；5液压泵；6柔性加固锚杆；7注浆泵；8注浆系统；9液压支架；10刻度尺；11裂缝探测仪；12激光测距仪；13监测系统。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型的一种工作面煤壁柔性加固实验系统主要通过以下技术方案实现的，参照图1、2、3、4、5对本实用新型的实施例进行说明：

一种工作面煤壁柔性加固实验系统，由实验台1、加载系统2、千斤顶3、加载横梁4、液压泵5、柔性加固锚杆6、注浆泵7、注浆系统8、液压支架9、刻度尺10、裂缝探测仪11、激光测距仪12、监测系统13。

注浆系统8包括柔性加固锚杆6和注浆泵7，注浆泵7的注浆管道和柔性加固锚杆6一端连接，柔性加固锚杆6另一端通过钻孔伸入煤层中；监测系统13所述的液压支架9安装在实验台1靠煤壁方向的台面上；加载系统2安装在液压支架9横梁与实验台1所属的上方横梁之间；柔性加固锚杆6为直径4~8mm的棕绳与5~10mm的PV管缠绕组成；注浆泵7的注浆压力为1~1.5MPa，在注浆泵7的管道出口安装有压力表；液压加载系统2由千斤顶3、加载横梁4和液压泵5组成，所述的千斤顶3安装在加载横梁4上方，液压泵5经过液压连接管和千斤顶3连接，所述的加载横梁4安装在液压支架9的支架横梁上。

液压支架9由支架横梁、支架支撑立柱、支架固定底板和支架调节装置组成，支架底板与实验台1台面连接，支架支撑力主和支架调节装置安装在支架底板上，支架支撑力主和支架调节装置顶部分别和支架横梁连接。

试验时，实验台1用于模拟现场煤矿的实际煤层，实现煤壁的成型，通过刻度尺10确定所要模拟煤层的高度，煤层用通常所用的沙子、石膏、石灰、水按一定的相似比例模拟煤体材料，煤体成型以后，将液压支架9放置在煤壁前方，对煤壁形成保护作用，在液压支架9上方放置加载横梁4，千斤顶3放置在加载横梁4和实验台1上方的横梁中间，通过液压泵5使千斤顶3的压力增大实现对煤壁的加压，模拟实际煤层的顶板压力，随着压力的增大，煤壁稳定性变差，首先在煤壁出现裂隙，通过刻度尺10量取裂隙长度的变化，用裂缝探测仪11量取裂隙宽度的变化，裂隙最终导致煤壁片帮的发生，此时用刻度尺10测定煤壁片帮宽度的变化，激光测距仪12以液压支架9后方为基准测量加载过程中煤壁片帮的深度变化。通过改变模拟煤层高度、相似材料配比、千斤顶加载压力、液压支架工作阻力，即可得出煤壁稳定性在无柔性加固条件下与采高、煤体强度、液压支架工作阻力、顶板压力间的关系。

在完成每次无柔性加固条件下的物理实验以后，以与上一次实验相同的材料配比、采高、液压支架工作阻力、千斤顶加载压力的基础上，在煤壁中通过钻孔放置柔性加固锚杆6，用注浆泵7往柔性加固锚杆6中注浆，完成对煤壁的柔性加固。在对煤壁柔性加固之后，通过液压泵5使千斤顶3加压，借助刻度尺10、裂缝探测仪11、激光测距仪12完成对加载过程中裂隙长度、宽度和煤壁片帮宽度、深度的变化监测工作，通过改变柔性加固锚杆6位置、数量和液压泵7的注浆压力、注浆量，得出煤壁稳定性与柔性加固参数的变化关系，为解决现场煤壁稳定性问题提供有效控制措施。其实验步骤如下：

第一步、实验前检查实验系统各组成部分的可靠性；

第二步、按照几何相似比1:6~1:18的比例，利用实验台把沙子、石膏、石灰、水和水泥材料配制成的煤体材料制作成煤壁；

第三步、将液压支架9安装固定在实验台的煤壁前端，并做好撑，把加载板放在液压支架9和煤壁顶端，同时安装好液压加载系统2；

第四步、利用液压加载系统2对煤壁进行分级加压，同时利用裂缝探测仪11和刻度尺10测量裂缝的变化参数，利用激光测距仪12测量煤壁的水平位移，同时记录煤壁变形、破坏过程中的压力；

第五步、在完成每次无柔性加固条件下的物理实验以后，以与上一次实验相同的材料配比、采高、液压支架工作阻力、千斤顶加载压力的基础上，在煤壁破坏处打直径为10~20mm的钻孔，先把一种直径的柔性锚杆6放入钻孔中，采用注浆泵7对柔性锚杆6进行注浆；

第六步、重新对煤壁进行逐级加压，并利用监测系统13测量煤壁变形数据，通过改变柔性加固锚杆6位置、数量和液压泵7的注浆压力、注浆量，得出煤壁稳定性与柔性加固参数的变化关系；

第七步、重复步骤第一步至第五步试验，经过数据处理系统对实验数据进行处理,有效确定煤壁片帮的宽度和深度，注浆加固参数；

注浆加固参数包括柔性锚杆位置及直径，注浆量及压力。

如上所述，对实用新型的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本实用新型的实用新型点及效果，都属于侵权，本实用新型可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种工作面煤壁柔性加固实验系统，包括实验台(1)、加载系统(2)、注浆系统(8)和监测系统(13)，其特征在于：所述的注浆系统(8)包括柔性加固锚杆(6)和注浆泵(7)，注浆泵(7)的注浆管道和柔性加固锚杆(6)一端连接，柔性加固锚杆(6)另一端通过钻孔伸入煤层中；监测系统(13)的液压支架(9)安装在实验台(1)靠煤壁方向的台面上；加载系统(2)安装在液压支架(9)横梁与实验台(1)所属的上方横梁之间。

2.根据权利要求1所述的一种工作面煤壁柔性加固实验系统，其特征在于：所述的柔性加固锚杆(6)为直径4~8mm的棕绳与5~10mm的PV管缠绕组成。

3.根据权利要求1所述的一种工作面煤壁柔性加固实验系统，其特征在于：所述的注浆泵(7)的注浆压力为1~1.5MPa，在注浆泵(7)的管道出口安装有压力表。

4.根据权利要求1所述的一种工作面煤壁柔性加固实验系统，其特征在于：所述的液压加载系统(2)由千斤顶(3)、加载横梁(4)和液压泵(5)组成，所述的千斤顶(3)安装在加载横梁(4)上方，液压泵(5)经过液压连接管和千斤顶(3)连接，所述的加载横梁(4)安装在液压支架(9)的支架横梁上。

5.根据权利要求1所述的一种工作面煤壁柔性加固实验系统，其特征在于：所述的监测系统(13)还包括刻度尺(10)、裂缝探测仪(11)和激光测距仪(12)。

6.根据权利要求1或4任意一项所述的一种工作面煤壁柔性加固实验系统，其特征在于：所述的液压支架(9)由支架横梁、支架支撑立柱、支架固定底板和支架调节装置组成，支架底板与实验台(1)台面连接，支架支撑力主和支架调节装置安装在支架底板上，支架支撑力主和支架调节装置顶部分别和支架横梁连接。