CN213041649U - 煤岩动力灾害模拟试验设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种煤岩动力灾害模拟试验设备，包括固定框架、固定台及位于固定框架内底部的试验盒，所述固定台位于固定框架的一侧，所述固定台上设置有X向加载液压缸、移动框架、滑动轨道、推动液压缸，所述X向加载液压缸设置在移动框架内，所述推动液压缸推动移动框架沿滑动轨道移动，所述固定框架的左侧设置有Y向加载液压缸，右侧设置有Y向承载压头，所述固定框架的上部设置有Z向加载液压缸；所述固定框架内底部设置有承载工作台，所述试验盒位于承载工作台上方，所述试验盒设置在移动框架的后端，所述试验盒的顶部及底部分别固定有上盖板、下盖板。该装置密封性高，数据采集点多，能准确模拟煤岩动力灾害发生。

Description

煤岩动力灾害模拟试验设备

技术领域

本实用新型涉及煤岩动力灾害模拟设备技术领域，具体涉及一种煤岩动力灾害模拟试验设备。

背景技术

在煤岩开采过程中，随着煤炭资源开采深度不断推进，深部煤岩动力灾害发生几率呈非线性提高。深部煤岩动力灾害的致灾形式多样，发生机理尚不明晰，深入研究不同应力条件和地质环境下的动力灾害发生机理，分析煤岩动力灾害及其次生灾害的发育规律是当前亟需解决的问题，而动力灾害模拟试验是研究动力灾害发生机理不可或缺的重要组成部分。

现有技术中，模拟煤岩动力灾害的试验装置主要存在以下问题：所采用的模型尺寸较小，模拟动力灾害的发展过程有一定的空间限制；装置安装的自动化程度较低；装置密封性不高，模拟压力小，不能接近现场情况；试验盒内部的煤岩体参数采集不够，采集点较为单一，不能对煤矿动力灾害前后煤岩体内部的应力、气压、温度等发展规律进行分析研究。

实用新型内容

为了克服现有技术领域存在的上述技术问题，本实用新型的目的在于，提供一种煤岩动力灾害模拟试验设备，装置密封性高，数据采集点多，能准确模拟煤岩动力灾害发生。

本实用新型提供的一种煤岩动力灾害模拟试验设备，包括固定框架、固定台及位于固定框架内底部的试验盒，所述固定台位于固定框架的一侧，所述固定台上设置有X向加载液压缸、移动框架、滑动轨道、推动液压缸，所述X向加载液压缸设置在移动框架内，所述推动液压缸推动移动框架沿滑动轨道移动，所述固定框架的左侧设置有Y向加载液压缸，右侧设置有Y向承载压头，所述固定框架的上部设置有Z向加载液压缸；所述固定框架内底部设置有承载工作台，所述试验盒位于承载工作台上方，所述试验盒设置在移动框架的后端，所述试验盒的顶部及底部分别固定有上盖板、下盖板，所述试验盒上设置有与X向加载液压缸、Y向加载液压缸、Y向承载压头、Z向加载液压缸相配合的X向压杆、Y向压杆A、Y向压杆B、Z向压杆。

进一步地，所述X向加载液压缸、Y向加载液压缸、Z向加载液压缸分别通过液压缸固定座与移动框架、固定框架连接所述液压缸固定座通过拉杆及螺栓与移动框架、固定框架固定。

进一步地，所述X向加载液压缸、Y向加载液压缸、Z向加载液压缸的活塞杆的前端均设置有加载压头。

进一步地，所述X向压杆、Y向压杆A、Y向压杆B、Z向压杆的端部均设置有压板。

进一步地，所述下盖板内顶部设置有回型槽，所述下盖板的底部设置有与回型槽相连通的通气孔，所述下盖板上方设置有气体渗透板，所述气体渗透板上设置有均匀分布的透气孔。

进一步地，所述试验盒的后端设置有突出端口，所述突出端口内套有固定套，所述固定套为空心圆柱体，所述固定套内设置有内管槽，所述内管槽的一端与固定套的内腔连通，另一端通过阀门连接高压气源，所述固定套内嵌设有爆破片。

进一步地，所述下盖板的底部设置有移动推板，所述推动液压缸的活塞杆一端与移动推板连接。

进一步地，所述移动框架的前端底部及下盖板的后端底部均设置有移动轮。

本实用新型提供的一种煤岩动力灾害模拟试验设备，其有益效果为：（1）可实现X、Y、Z三轴加载，加载压力大，试验盒承受压力大；（2）X、Y、Z向加载液压缸均设置多个，且单个加载液压缸可独立作用，也可同步作业，X、Y、Z三个方向均可实现同步连续均匀加载及同步连续非均匀加载，可模拟不同构造应力条件；（3）通过设置多个压力传感器、应力应变传感器、气压传感器、温度传感器、声发射传感器及无线姿态传感器，可采集多点的数据，且可采集煤与瓦斯突出时的位移及运动轨迹，深层次的分析煤岩动力灾害发生的机理。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的整体结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是移动框架及试验盒的结构示意图；

图4是图2的A-A剖视图；

图5是图2的B-B剖视图；

图6是图4的C处放大结构示意图；

图7是压板处传感器安装结构示意图；

图8是煤岩试样内的姿态传感器安装结构示意图。

图中标注：1.固定框架；2.固定台；3. 试验盒；4.X向加载液压缸；5.移动框架；6.滑动轨道；7.推动液压缸；8.Y向加载液压缸；9.Y向承载压头；10.Z向加载液压缸；11.加载压头；12.承载工作台；13.定位板；14.液压缸固定座；15.拉杆；16.前侧板；17.后侧板；18.左侧板；19.上盖板；20.下盖板；21.移动推板；22.移动轮；23.X向压杆；24.Y向压杆A；25.Y向压杆B；26.Z向压杆；27.导向套；28.压板；29.边角护块；30.突出端口；31.固定套；32.内侧爆破片；33.外侧爆破片；34.固定盘；35.内管槽；36.回型槽；37.通气孔；38.气体渗透板；39.弹簧；40.航空插头；41.数据采集仪；42.声发射传感器；43.姿态传感器；44.煤岩试样。

具体实施方式

下面参照附图，结合一个实施例，对本实用新型提供的一种煤岩动力灾害模拟试验设备进行详细的说明。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例

参照图1、图2，本实施例的一种煤岩动力灾害模拟试验设备，包括固定框架1、固定台2及位于固定框架1内底部的试验盒3，固定台2位于固定框架1的一侧，固定台2上设置有X向加载液压缸4、移动框架5、滑动轨道6、推动液压缸7，X向加载液压缸4设置在移动框架5前端，固定框架1的左侧设置有Y向加载液压缸8，右侧设置有Y向承载压头9，Y向承载压头9固定在右侧固定框架内，固定框架1的上部设置有Z向加载液压缸10，X向加载液压缸4、Y向加载液压缸8、Z向加载液压缸10的活塞杆端部均设置有加载压头11，且Y向加载液压缸8、Z向加载液压缸10的活塞杆贯穿固定框架1；固定框架1内底部设置有承载工作台12，试验盒3位于承载工作台12上方，且承载工作台12上设置有定位板13，试验盒3设置在移动框架5的后端，推动液压缸7可推动移动框架5沿滑动轨道6运动从而带动试验盒3移出或移到固定框架1内，便于将煤岩试样44装入到试验盒3内，且X向加载液压缸4、Y向加载液压缸8、Z向加载液压缸10分别从X、Y、Z三个方向上对试验盒3施加压力，Y向承载压头9与试验盒3的另一侧相互作用。

参照图1、图4及图5，本实施例中，X向加载液压缸4、Y向加载液压缸8、Z向加载液压缸10分别通过液压缸固定座14与移动框架5、固定框架1连接，液压缸固定座14通过拉杆15及螺栓分别与移动框架5、固定框架1固定，其强度满足液压缸的最大加载载荷需求。其中，X向加载液压缸4设置2个，2个X向加载液压缸4沿垂直方向并列设置，最大加载力为4000kN，对煤岩试样44作用压强能达到25MPa；Y向加载液压缸8设计4个，最大加载力为7200kN，对试样作用压强为15MPa，Y向承载压头9的数量与Y向加载液压缸8数量一致；Z向加载液压缸10设置4个，最大加载力为7200kN，对试样作用压强为15MPa。X向加载液压缸4、Y向加载液压缸8、Z向加载液压缸10的数量分别设置多个，可提供较大的加载力，且多个X向加载液压缸4、Y向加载液压缸8、Z向加载液压缸10由液压伺服系统控制，且每一个液压缸均单独连接一路液压伺服系统，可实现单个加载液压缸独立作业，也可同步作业，同步误差小于1%，X、Y、Z三个方向均可实现同步连续均匀加载及同步连续非均匀加载，可模拟不同构造应力条件。

参照图3-5，本实施例中，试验盒3的具体结构为：

试验盒3包括前侧板16、后侧板17、左侧板18及右侧板，其前侧板16、后侧板17、左侧板18及右侧板组成回型框，采用整体铸造成型结构，且试验盒3的回型框与移动框架5一体成型，试验盒3的顶部及底部分别固定有上盖板19、下盖板20，上盖板19、下盖板20通过螺栓及密封垫片与前侧板16、后侧板17、左侧板18及右侧板连接，且下盖板20的底部设置有移动推板21，推动液压缸7的缸体固定在固定台2上，推动液压缸7的活塞杆一端与移动推板21连接，移动框架5的前端底部及下盖板20的后端底部均设置有移动轮22，移动轮22与滑动轨道6相配合，推动液压缸7活塞杆的伸缩可带动移动框架5及试验盒3沿滑动轨道6运动。

试验盒3的前侧板16、左侧板18、右侧板及上盖板19上设置有与X向加载液压缸4、Y向加载液压缸8、Y向承载压头9、Z向加载液压缸10相配合的X向压杆23、Y向压杆A24、Y向压杆B25、Z向压杆26，且试验盒3上设置有预留孔，预留孔内设置有导向套27，导向套27通过法兰及密封圈与试验盒3固定，X向压杆23、Y向压杆A24、Y向压杆B25、Z向压杆26套入导向套27内，可满足压杆的运动及试验盒3的密封性，且X向压杆23、Y向压杆A24、Y向压杆B25、Z向压杆26的端部均设置有压板28，压板28位于试验盒3内部，增大与煤岩试样44接触面积，且使压板28与煤岩试样44预留50mm的变形空间，以免在加载过程中煤岩试样44变形时压板28出现边角效应。另外，X向压杆23端部的压板28与Y 向压杆A24、Y向压杆B25端部的压板28之间设置有边角护块29，即试验盒3的左侧两个边角处设置有边角护块29，将该位置处的压板28之间的空隙填充，以免加载过程中压板28移动。

试验盒3的后侧板17设置有突出端口30，突出端口30内通过法兰固定有固定套31，并采用O型密封圈密封，固定套31为空心圆柱体，其内部形成内腔体，固定套31内嵌设有爆破片，爆破片设置2个，包括分别设置在固定套31的内外侧的内侧爆破片32及外侧爆破片33，并采用固定盘34固定，固定套31内设置有内管槽35，内管槽35的一端与固定套31的内腔体连通，另一端通过阀门连接高压气源，内侧爆破片32与外侧爆破片33之间的内腔体通过高压气源充有气体，实现试验盒3内高压与内腔体气压形成稳定压差，借助内侧爆破片32维持相对稳定，同时外侧爆破片33维持内腔体气压与室内大气压维持相对平衡，内侧爆破片32压力大于外侧爆破片33压力，在试验应力加载过程中，当压力达到一定值后，内侧爆破片32破裂，外侧爆破片33随之破裂，形成煤岩试样44局部结构失稳，模拟煤体与瓦斯突出。

另外，参照图6，试验盒3的下盖板20上设置有回型槽36，下盖板20的底部设置有与回型槽36相连通的通气孔37，通气孔37通过阀门与高压气源连接，下盖板20上方设置有气体渗透板38，气体渗透板38上设置有均匀分布的透气孔，可以使注入瓦斯气体均匀扩散，且安装拆卸方便。

参照图7，本实施例中，为便于检测及采集试验过程中的加载压力、气压、温度、声学等数据，具体的，在X向加载液压缸4、Y向加载液压缸8、Z向加载液压缸10的活塞杆内部安装有位移传感器，且活塞杆的前端均安装有压力传感器，便于检测X向加载液压缸4、Y向加载液压缸8、Z向加载液压缸10施加加载时的位移变化及加载压力变化；在Y向压杆A24、Y向压杆B25端部的压板28内设置有气压传感器、温度传感器及声发射传感器42，其安装方式为：压板28内端面设置有传感器安装孔，可将气压传感器、温度传感器、声发射传感器42安装于传感器安装孔内，且气压传感器、温度传感器及声发射传感器42后端采用弹簧39将传感器与压板28固定，这些传感器均通过信号线与数据采集仪41连接，数据采集仪41连接计算机，实时监测并采集试验数据。

另外，为便于压板28内各传感器的信号线引出，在试验盒3的左侧板18、右侧板上设置有若干个电子插口，电子插口内套有航空插头40，航空插头40与试验盒3连接处采用垫圈压紧密封，可将传感器通过信号线与航空插头40的一端连接，航空插头40另一端通过信号线与数据采集仪41连接，航空插头40与试验盒3连接处采用密封设计，以免影响采集效果，且航空插头40可选12针以上探针插头，这样一个航空插头40可以连接多个传感器，可以减少试验盒3上电子插口的数量，更好的保证密封性及长期使用性，另外通过声发射传感器42可更加精确的确定试验加载过程中煤岩试样44出现损伤或破裂时的位置。

另外，参照图8，本实施例还采用姿态传感器43监测试样变形及运动轨迹，姿态传感器43采用9轴无线姿态传感器，将姿态传感器43预先安装在煤岩试样44断面内部，姿态传感器43设置24个，每个断面安装3~5个，姿态传感器43采用铝合金封装材料封装，其抗变形强度为30MPa，每个姿态传感器43可独立采集、存储和输出连续数据。在试验加载过程中，姿态传感器43会跟随煤岩试样44变形移动，且煤与瓦斯突出时，姿态传感器43随煤岩试样44整体运动，可以计算煤体与瓦斯突出时的位移及运动轨迹，能深入研究煤岩动力灾害发生的机理。

本实施例的工作过程为：（1）通过推动液压缸7的活塞杆收回，使移动框架5及试验盒3移出固定框架1，将煤岩试样44装入试验盒3内，并完成试验盒3的装配及各传感器的连接；（2）推动液压缸7的活塞杆伸出，将移动框架5及试验盒3推至承载工作台12上，且承载工作台12端部的定位板13对试验盒3进行定位，使试验盒3达到指定位置；（3）启动数据采集仪及计算机，采集初始气压、压力等数据，然后检查试验盒3的气密性，并将试验盒3内的气体排出，其中试验盒3气密性检测及试验盒3内气体排出方法是本领域技术人员所知晓的；（4）通过通气孔37向试验盒3内充瓦斯气体，充气24~48h使煤岩试样44吸附瓦斯达到平衡状态，然后X向加载液压缸4、Y向加载液压缸8、Z向加载液压缸10不断加压，直到突出端口30处发生煤与瓦斯突出，整个过程中各传感器对试验盒3内的气压、温度、声波等数据进行检测，数据采集仪连续收集各传感器采集的数据。

上述实施例只是为了说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种煤岩动力灾害模拟试验设备，其特征在于：包括固定框架、固定台及位于固定框架内底部的试验盒，所述固定台位于固定框架的一侧，所述固定台上设置有X向加载液压缸、移动框架、滑动轨道、推动液压缸，所述X向加载液压缸设置在移动框架内，所述推动液压缸推动移动框架沿滑动轨道移动，所述固定框架的左侧设置有Y向加载液压缸，右侧设置有Y向承载压头，所述固定框架的上部设置有Z向加载液压缸；所述固定框架内底部设置有承载工作台，所述试验盒位于承载工作台上方，所述试验盒设置在移动框架的后端，所述试验盒的顶部及底部分别固定有上盖板、下盖板，所述试验盒上设置有与X向加载液压缸、Y向加载液压缸、Y向承载压头、Z向加载液压缸相配合的X向压杆、Y向压杆A、Y向压杆B、Z向压杆。

2.根据权利要求1所述的一种煤岩动力灾害模拟试验设备，其特征在于：所述X向加载液压缸、Y向加载液压缸、Z向加载液压缸分别通过液压缸固定座与移动框架、固定框架连接所述液压缸固定座通过拉杆及螺栓与移动框架、固定框架固定。

3.根据权利要求1所述的一种煤岩动力灾害模拟试验设备，其特征在于：所述X向加载液压缸、Y向加载液压缸、Z向加载液压缸的活塞杆的前端均设置有加载压头。

4.根据权利要求1所述的一种煤岩动力灾害模拟试验设备，其特征在于：所述X向压杆、Y向压杆A、Y向压杆B、Z向压杆的端部均设置有压板。

5.根据权利要求1所述的一种煤岩动力灾害模拟试验设备，其特征在于：所述下盖板内顶部设置有回型槽，所述下盖板的底部设置有与回型槽相连通的通气孔，所述下盖板上方设置有气体渗透板，所述气体渗透板上设置有均匀分布的透气孔。

6.根据权利要求1所述的一种煤岩动力灾害模拟试验设备，其特征在于：所述试验盒的后端设置有突出端口，所述突出端口内套有固定套，所述固定套为空心圆柱体，所述固定套内设置有内管槽，所述内管槽的一端与固定套的内腔连通，另一端通过阀门连接高压气源，所述固定套内嵌设有爆破片。

7.根据权利要求4所述的一种煤岩动力灾害模拟试验设备，其特征在于：所述下盖板的底部设置有移动推板，所述推动液压缸的活塞杆一端与移动推板连接。

8.根据权利要求4所述的一种煤岩动力灾害模拟试验设备，其特征在于：所述移动框架的前端底部及下盖板的后端底部均设置有移动轮。

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