CN212321314U - 一种房式开采遗留煤柱失稳机理模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种房式开采遗留煤柱失稳机理模拟装置，属于煤柱失稳模拟试验装置设计技术领域。包括：底座、底板铺设架、顶板铺设架、煤柱试样、滑行导轨；底座呈十字交叉布置的五个圆柱体；底板铺设架是置于底座之上、内部放置相似材料进行铺设的矩形框架构件；顶板铺设架是置于留设的煤柱群上、用来模拟顶板岩层的矩形构件；煤柱试样是若干预制的、断面呈矩形、沿轨道滑行的煤柱试件放样装置；滑行导轨是约束于底板铺设架外框上、可以按特定方向滑行、带有刻度的柱模运行轨道。其结构简单，使用方便，能够广泛运的用于房式开采遗留煤柱失稳机理研究试验中。

Description

一种房式开采遗留煤柱失稳机理模拟装置

技术领域

本实用新型涉及一种房式开采遗留煤柱失稳机理模拟装置，尤其适用于科研研究中使用，属于煤柱失稳模拟试验装置设计技术领域。

背景技术

煤炭资源在我国能源结构中占据主体地位。我国早期煤炭资源开采多采用房柱式采煤法，大量煤炭资源充当煤柱遗留在采空区中，不仅造成资源大量浪费，而且随着时间推移，煤柱产生蠕变变形、强度发生弱化，对上覆岩层的支撑能力下降，造成地面沉降，甚至产生矿震。因此，研究房式开采遗留煤柱失稳机理具有实际工程意义。

现在多采用数值模拟、理论分析、及现场调研验证等方法进行煤柱失稳机理分析。本实用新型在现有物理模拟试验基础上，通过进行相应设计得到三维状态下煤柱失稳机理相似模拟装置，对进行相关内容的研究有一定的指导意义。

实用新型内容

针对上述技术的不足之处，提供一种结构简单，使用方便，能够更深层次的探讨单个煤柱如何失稳、煤柱失稳如何由单个煤柱向四周传递造成大面积失稳以及不同煤柱留设形式下的失稳机理等系列问题的房式开采遗留煤柱失稳机理模拟装置。

为实现上述技术目的，本实用新型所用包括底板铺设架，底板铺设架底部设有呈十字交叉布置的五个圆柱体作为底座，其中设置在底板铺设架底部正中间的为中心底座，设置在底板铺设架四角底部的为角支撑底座，底板铺设架两侧分别设有成对的底板铺设架耳边，紧靠底板铺设架耳边一侧留设有立柱，通过立柱平行设有两根与底板铺设架等长的煤柱留设装置滑行杆，两根煤柱留设装置滑行杆上横向设有可以在其上滑动的煤柱留设装置，利用煤柱留设装置在底板铺设架上间隔设置煤柱群，煤柱群顶部设有与底板铺设架等大用以模拟顶板岩层的的顶板铺设架，顶板铺设架顶部设有顶板。

所述煤柱群包括多个间隔设置的煤柱试样，煤柱试样断面呈矩形，根据实际工程需要，可以留设田字形煤柱、品字形煤柱及不同尺寸性能的煤柱。

所述的煤柱留设装置包括与底板铺设架一侧等长的煤柱留设装置框架，煤柱留设装置框架前后两端设有与两个装置滑行杆匹配的结构，中间设有凹陷的柱模滑行轨道，柱模滑行轨道的左右两侧分别设有煤柱位置标尺，煤柱位置标尺中设有柱模滑行轨道，柱模滑行轨道内设有可拆卸柱模，柱模底部两侧设有柱模耳边，柱模耳边与柱模滑行轨道相互匹配，便于柱模在柱模滑行轨道内移动，煤柱位置标尺上设有刻度线，所述煤柱位置标尺通过铆钉固定在煤柱留设装置框架上。

有益效果：

1)相比现有二维状态下的煤柱受力变形，设计的三维煤柱铺设模型受力情况更符合工程实际，得到的破坏机理也更为准确；

2)可以实现不同煤柱尺寸，包括品字形、田字形等不同煤柱留设形式下的煤柱失稳致灾机理的试验；

3)结构简单、操作方便，较以往以平面模型代替三维模型而获得的实验现象技术局更加科学；

附图说明

图1是本实用新型涉的房式开采遗留煤柱失稳机理模拟装置结构示意图；

图2是本实用新型涉的房式开采遗留煤柱失稳机理模拟装置无上覆岩层试验装置可留设煤柱形式俯视图；

图3是本实用新型涉的房式开采遗留煤柱失稳机理模拟装置的主视图；

图4是本实用新型涉的房式开采遗留煤柱失稳机理模拟装置的左视图；

图5是煤柱留设装置立体示意图；

图6是煤柱留设装置主视图；

图7是煤柱留设装置俯视图。

图中：1、煤柱留设装置框架，2、煤柱位置标尺，3、铆钉，4、刻度线，5、柱模滑行轨道，6、柱模，7、柱模耳边，8、角支撑底座，9、中心底座，10、底板铺设架， 11、顶板铺设架，12、田字形煤柱，13、采空区，14、煤柱留设装置，15、煤柱留设装置滑行杆，16、品字形煤柱，17、底板铺设架耳边，18、顶板，19、挡板固定螺栓。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例做进一步说明：

如图1、图2、图3和图4所示，本实用新型的一种房式开采遗留煤柱失稳机理模拟装置，包括底板铺设架10，底板铺设架10底部设有呈十字交叉布置的五个圆柱体作为底座，其中设置在底板铺设架10底部正中间的为中心底座9，设置在底板铺设架10 四角底部的为角支撑底座8，底板铺设架10两侧分别设有成对的底板铺设架耳边17，紧靠底板铺设架耳边17一侧留设有立柱，通过立柱平行设有两根与底板铺设架10等长的煤柱留设装置滑行杆，两根煤柱留设装置滑行杆上横向设有可以在其上滑动的煤柱留设装置14，利用煤柱留设装置14在底板铺设架10上间隔设置煤柱群，煤柱群顶部设有与底板铺设架10等大用以模拟顶板岩层的的顶板铺设架11，顶板铺设架11顶部设有顶板18；煤柱群包括多个间隔设置的煤柱试样，煤柱试样断面呈矩形，根据实际工程需要，可以留设田字形煤柱12、品字形煤柱16及不同尺寸性能的煤柱；

如图5、图6和图7所示，煤柱留设装置14包括与底板铺设架10一侧等长的煤柱留设装置框架1，煤柱留设装置框架1前后两端设有与两个装置滑行杆匹配的结构，中间设有凹陷的柱模滑行轨道5，柱模滑行轨道5的左右两侧分别设有煤柱位置标尺2，煤柱位置标尺2中设有柱模滑行轨道5，柱模滑行轨道5内设有可拆卸柱模6，柱模6 底部两侧设有柱模耳边7，柱模耳边7与柱模滑行轨道5相互匹配，便于柱模6在柱模滑行轨道5内移动，煤柱位置标尺2上设有刻度线4，所述煤柱位置标尺2通过铆钉3 固定在煤柱留设装置框架上。

实施例一

所述底座是用来支撑模型、呈十字交叉布置的五个圆柱体。角上的四个圆柱体顶、底圆面积相同，直径均为100mm；中心处圆柱体顶、底圆直径设计为200mm，设计原则是压强相同。位置原则是使地板保持较为平整状态，四个角上的圆柱安设于以拐角为基础设定的处边长为500mm×500mm正方形中心处，大圆柱直接安设于底板中心点上，以此来防止底板受力不均匀，产生下凹或凸起；

所述底板铺设架是左右留设带有耳板的固定挡板、前后挡板可拆卸的框架装置，底板面积为2000mm×2000mm，高100mm。紧靠耳板一侧留设两根立柱，立柱上用于安设服务于煤柱留设装置的滑行杆；

所述顶板铺设架是可以自由拆卸的结构与底板铺设架相同的装置，但其上未安装煤柱留设滑行杆。

所述煤柱式样是通过安设于煤柱留设装置上的柱模进行铺设。根据实际工程需要，可以留设呈现田字形、品字形及不同尺寸性能的煤柱。所述煤柱留设装置是由煤柱留设装置框架、煤柱位置标尺、铆钉、柱模等构成；

所述煤柱留设装置滑行杆是约束于底板铺设架外框上直径10mm、长2200mm的金属杆，可以按特定方向滑行、且带有尺寸刻度线及螺纹自锁装置的煤柱留设装置滑行准线。

本实用新型可以进行房柱式采空区遗留煤柱失稳机理试验，能够实现三维状态下遗留煤柱在上覆载荷作用下的破坏实验，具体的试验步骤是：

(1)根据需要模拟的矿井实际条件，按相应相似比例计算顶底板岩层及煤柱铺设所需要的材料配比参数，同时确定矿井煤柱留设形式及相应尺寸；

(2)按照计算的相应参数先铺设模型的底板，依据煤柱留设形式及尺寸对煤柱留设装置进行设定，并按照相应的次序在底板上铺设遗留煤柱；

(3)与此同时，在顶板铺设框架上按相应参数铺设模型顶板，模型顶板铺设于预制的混凝土板上；

(4)顶底板及煤柱铺设安置完成后，通过气缸在顶板上施加预应力，来模拟原岩应力状态。同时撤掉保护煤柱的提升装置；

(5)拆掉底板框架前后方向上的挡板，观察记录煤柱破坏过程。

Claims (3)

1.一种房式开采遗留煤柱失稳机理模拟装置，其特征在于：它包括底板铺设架(10)，底板铺设架(10)底部设有呈十字交叉布置的五个圆柱体作为底座，其中设置在底板铺设架(10)底部正中间的为中心底座(9)，设置在底板铺设架(10)四角底部的为角支撑底座(8)，底板铺设架(10)两侧分别设有成对的底板铺设架耳边(17)，紧靠底板铺设架耳边(17)一侧留设有立柱，通过立柱平行设有两根与底板铺设架(10)等长的煤柱留设装置滑行杆，两根煤柱留设装置滑行杆上横向设有可以在其上滑动的煤柱留设装置(14)，利用煤柱留设装置(14)在底板铺设架(10)上间隔设置煤柱群，煤柱群顶部设有与底板铺设架(10)等大用以模拟顶板岩层的顶板铺设架(11)，顶板铺设架(11)顶部设有顶板(18)。

2.根据权利要求1所述的房式开采遗留煤柱失稳机理模拟装置，其特征在于：所述煤柱群包括多个间隔设置的煤柱试样，煤柱试样断面呈矩形，根据实际工程需要，可以留设田字形煤柱(12)、品字形煤柱(16)及不同尺寸性能的煤柱。

3.根据权利要求1所述的房式开采遗留煤柱失稳机理模拟装置，其特征在于：所述的煤柱留设装置(14)包括与底板铺设架(10)一侧等长的煤柱留设装置框架(1)，煤柱留设装置框架(1)前后两端设有与两个装置滑行杆匹配的结构，中间设有凹陷的柱模滑行轨道(5)，柱模滑行轨道(5)的左右两侧分别设有煤柱位置标尺(2)，煤柱位置标尺(2)中设有柱模滑行轨道(5)，柱模滑行轨道(5)内设有可拆卸柱模(6)，柱模(6)底部两侧设有柱模耳边(7)，柱模耳边(7)与柱模滑行轨道(5)相互匹配，便于柱模(6)在柱模滑行轨道(5)内移动，煤柱位置标尺(2)上设有刻度线(4)，所述煤柱位置标尺(2)通过铆钉(3)固定在煤柱留设装置框架上。

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