CN216484337U - 一种立方体煤块标准件加载装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种立方体煤块标准件加载装置，包括样块台面，样块台面上设有右挡板、左挡板、后挡板、前挡板，右挡板、左挡板、后挡板、前挡板围合的空腔内用于放置样块，样块的上方设有上压板；右挡板、左挡板、后挡板、前挡板的底部均朝外侧弯折形成底板；样块台面上表面前侧边缘设有2个呈前后方向设置的倒T型凹槽，后侧边缘设有3个呈前后方向设置的倒T型凹槽，样块台面上表面的左侧边缘、右侧边缘各设有4个呈左右方向设置的倒T型凹槽；每个倒T型凹槽内设有1个T型螺母，T型螺母与螺杆相连。该装置可用于放置立方体煤块标准件，在试验机的加载平台上进行物理力学测试，相关测试结果可以用于煤层应力监测冲击地压临界预警值指标设置。

Description

一种立方体煤块标准件加载装置

技术领域

本实用新型涉及煤矿安全监测技术领域，特别是涉及一种立方体煤块标准件加载装置。

背景技术

随着我国冲击地压形势的不断严峻，确保矿井安全回采已愈发重要。煤层应力监测作为矿井常用的冲击地压监测手段，运用越来越广泛，煤层应力监测冲击地压临界预警指标的合理设置有利于矿井科学、有效的防范冲击地压的发生。

但由于矿井条件的复杂性，煤层应力监测冲击地压的临界预警指标一直缺乏相应的理论依据，降低了煤层应力监测系统的科学、有效利用。

因此，急需提出一套完整的煤层应力监测冲击地压临界预警值指标设置、修订方法以及相关的实验装置，以指导矿井设置符合矿井实际的煤层应力监测冲击地压临界预警指标值。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种立方体煤块标准件加载装置。

为了实现上述目的，本申请提供了如下技术方案：

一种立方体煤块标准件加载装置，包括样块台面，样块台面上设有右挡板、左挡板、后挡板、前挡板，右挡板、左挡板、后挡板、前挡板围合的空腔内用于放置样块，所述样块的上方设有上压板；前挡板的中心设有通孔；右挡板、左挡板、后挡板、前挡板的底部均朝外侧弯折形成底板；

样块台面上表面的前侧边缘设有2个呈前后方向设置的倒T型凹槽，后侧边缘设有3个呈前后方向设置的倒T型凹槽，样块台面上表面的左侧边缘、右侧边缘各设有4个呈左右方向设置的倒T型凹槽；每个倒T型凹槽内设有1个T型螺母，T型螺母与螺杆相连；

后侧边缘的3个倒T型凹槽内的螺杆穿过后挡板的底板；前侧边缘的2个倒T型凹槽内的螺杆穿过前挡板的底板；左侧边缘的前3个倒T型凹槽内的螺杆穿过左挡板3的底板；右侧边缘的前3个倒T型凹槽内的3个螺杆9穿过右挡板的底板；

每个螺杆上均装有平垫圈、弹簧垫圈，并通过六角螺母旋紧固定。

其中，右挡板、左挡板、后挡板的外表面均设有一体成型的加强肋，所述加强肋位于T 型螺母的一侧或者相邻两个T型螺母之间，并与相应位置的底板一体成型。

其中，右挡板和左挡板上分别设有3个加强肋，后挡板上设有4个加强肋。

其中，所述前挡板上的通孔呈椭圆形，其位置与样块上的钻孔位置相对应，且通孔尺寸略大于样块上的钻孔尺寸。

其中，六角螺母未旋紧固定时，T型螺母8与螺杆9可沿着倒T型凹槽滑动。

与现有技术相比，本实用新型的立方体煤块标准件加载装置至少具有以下有益效果：

本实用新型的立方体煤块标准件加载装置可用于放置立方体煤块标准件，在试验机的加载平台上进行物理力学测试，相关测试结果可以用于煤层应力监测冲击地压临界预警值指标设置。

通过该加载装置进行实验室测试，可以得到煤体应力与钻孔应力线弹性阶段的函数关系，进而提出煤层应力监测冲击地压临界预警值指标设置、修订方法，为矿方科学、合理设置煤层应力监测冲击地压临界预警值提供了理论依据。

下面结合附图对本实用新型立方体煤块标准件加载装置作进一步说明。

附图说明

图1为立方体煤块标准件加载装置的立体示意图；

图2为立方体煤块标准件加载装置的侧视图；

图3为沿图5中“A-A”的剖面图；

图4为立方体煤块标准件加载装置的正视图；

图5为立方体煤块标准件加载装置的俯视图；

图6-图8为实施例3的实验曲线。

其中，1-样块台面，2-右挡板，3-左挡板，4-后挡板，5-前挡板，6-样块，7-上压板，8-T 型螺母，9-螺杆，10-平垫圈，11-弹簧垫圈，12-六角螺母。

具体实施方式

实施例1

如图1-5所示，一种立方体煤块标准件加载装置，包括样块台面1，样块台面1上设有右挡板2、左挡板3、后挡板4、前挡板5，右挡板2、左挡板3、后挡板4、前挡板5围合的空腔内可放置样块6，所述样块6的上方设有上压板7；前挡板5的中心设有椭圆形通孔(与立方体煤块标准件的钻孔尺寸相吻合)；右挡板2、左挡板3、后挡板4、前挡板5的底部均朝外侧弯折形成底板。

样块台面1上表面的前侧边缘设有2个呈前后方向设置的倒T型凹槽，后侧边缘设有3 个呈前后方向设置的倒T型凹槽，样块台面1上表面的左侧边缘、右侧边缘各设有4个呈左右方向设置的倒T型凹槽。每个倒T型凹槽内设有1个T型螺母8，T型螺母8与螺杆9相连。后侧边缘的3个倒T型凹槽内的3个螺杆9穿过后挡板4的底板；前侧边缘的2个倒T 型凹槽内的2个螺杆9穿过前挡板5的底板；左侧边缘的前3个倒T型凹槽内的3个螺杆9 穿过左挡板3的底板；右侧边缘的前3个倒T型凹槽内的3个螺杆9穿过右挡板2的底板(其中，前挡板5的位置代表“前”，后挡板4的位置代表“后”)。右挡板2、左挡板3、后挡板 4的外表面均设有一体成型的加强肋，所述加强肋位于T型螺母8的一侧或者相邻两个T型螺母8之间，并与相应位置的底板一体成型。右挡板2和左挡板3上分别设有3个加强肋，后挡板4上设有4个加强肋。

每个螺杆9上均装有平垫圈10、弹簧垫圈11，并通过六角螺母12旋紧固定。松开六角螺母12后，T型螺母8与螺杆9可以沿着倒T型凹槽滑动。

实施例2

采用实施例1的立方体煤块标准件加载装置，基于实验室测试的煤层应力监测冲击地压临界预警指标值设置方法，具体步骤为：

步骤1，制作“缩短型应力计”

例如，YHY30(A)矿用本安型钻孔应力计尺寸为：厚度37.60mm、宽度39.13mm、长度450.30mm。根据应力计的外形和内部结构尺寸，同比例缩小1倍、0.9倍、0.8倍、0.7倍……，制作具有同比例外形和内部结构尺寸的“缩短型应力计”。为确保“缩短型应力计”的性能水平，“缩短型应力计”上下夹板的焊接质量要求较矿用应力计相同或更高。

步骤2，测试n个“缩短型应力计”的性能(n为正整数)

具体为，将n个“缩短型应力计”放置在TDW-300型微机控制岩石刚性试验机的加载装置中，试验机施加预载力0.1～0.5KN，打油至初压值，以0.5MPa/s的加载速率进行加载测试，加载至初压值的3倍时停止加载。再将n个矿用应力计放置在加载装置中，试验机施加预载力0.1～0.5KN，打油至初压值，以0.5MPa/s的加载速率进行加载测试，加载至初压值的3倍时停止加载。对比矿用应力计和n个“缩短型应力计”的应力时间曲线的相关性。若相关性差，则制作的“缩短型应力计”不可用于测试，需重新制作；若相关性强，则制作的“缩短型应力计”可用于测试。

步骤3，立方体煤块标准件制作

(1)根据“缩短型应力计”直径、长度，反算立方体煤块的最小尺寸。由“缩短型应力计”的直径，可知对应的钻孔直径的大小，从而根据钻孔直径的影响范围确定立方体煤块的最小宽度和最小高度；由“缩短型应力计”的长度，可确定立方体煤块的最小长度。

(2)根据试验机量程，反算立方体煤块的最大尺寸。例如，量程为300KN的试验机，假定煤样最大破坏应力为20MPa，反算立方形煤块的上表面积为150cm²，即立方形煤块的长(宽)为12.25cm。具体计算步骤如下：

①立方体试件上表面面积：

②立方体长、宽：

立方体煤块的上表面也可以是长方形，即立方体煤块的上表面长、宽不相等。

(3)制作立方体煤块标准件加载装置。根据测算的立方体煤块标准件的尺寸范围，制作实施例1所示的加载装置，加载装置设计装配示意图如图1-5所示。

(4)利用在某煤矿某一地点的煤块制作5个立方体煤块标准件。将立方体煤块标准件(即样块6)放置在立方体煤块标准件加载装置中，将立方体煤块标准件加载装置放置在试验机的加载平台上。依据《中华人民共和国国家标准煤和岩石物理力学性质测定方法第7部分：单轴抗压强度测定及软化系数计算方法(GB/T 23561.7-2009)》的测试方法，以0.5MPa/s的加载速率加载至立方体煤块破坏，测试平均单轴抗压强度。

步骤4，立方体煤块标准件打孔、安装“缩短型应力计”

按照步骤1中确定的“缩短型应力计”直径对立方体煤块标准件打孔，要求钻孔孔径比“缩短型应力计”直径大约2～3cm，钻孔应平直。将“缩短型应力计”安装在钻孔中。

步骤5，试验机对立方体煤块标准件施加预载力，对“缩短型应力计”初始打压

将试验机活塞头下降至加载装置的上表面，对立方体煤块标准件施加预载力0.1～0.5KN，然后通过打压装置对“缩短型应力计”初始打压，初始打压值分别为4MPa、5MPa、6MPa、7MPa，当煤体强度较低的时候，可以选择1MPa、2MPa、3MPa、4MPa作为初始打压值；可根据“缩短型应力计”的性能调整初始打压值。

步骤6，物理力学测试

依据《中华人民共和国国家标准煤和岩石物理力学性质测定方法第7部分：单轴抗压强度测定及软化系数计算方法(GB/T 23561.7-2009)》的测试方法，对立方体煤块进行单向压缩测试，加载速率0.5MPa/s。同时保存测试过程中的试验机的负荷时间曲线和“缩短型应力计”的负荷时间曲线。

依据《中华人民共和国国家标准冲击地压测定、监测与防治方法第2部分：煤的冲击倾向性分类及指数的测定方法(GB/T 25217.2-2010)》的测试方法，对立方体煤块进行单向压缩测试，加载速率0.5×10^-5mm/s。同时保存测试过程中的试验机的负荷时间曲线和“缩短型应力计”的负荷时间曲线。

依据《中华人民共和国国家标准冲击地压测定、监测与防治方法第2部分：煤的冲击倾向性分类及指数的测定方法(GB/T 25217.2-2010)》的测试方法，对立方体煤块进行循环加卸载测试，加载速率率0.5MPa/s。具体为，当加载到立方体煤块平均破坏载荷的75％时，以 0.5MPa/s的速率卸载至平均破坏载荷的1％，以此方式反复加卸载，每一次重复加载的最大值比上一次提高平均破坏载荷的5％，直至立方体煤块破坏。同时保存测试过程中的试验机的负荷时间曲线和“缩短型应力计”的负荷时间曲线。

注：试验机的负荷时间曲线即煤体应力时间曲线，“缩短型应力计”的负荷时间曲线即钻孔应力时间曲线。

步骤7，分析、总结煤体应力与钻孔应力线弹性阶段的函数关系，建立函数关系公式

整理煤体应力时间曲线、钻孔应力时间曲线，分别拟合煤体应力时间曲线、钻孔应力时间曲线线弹性阶段的函数，如煤体应力时间曲线线弹性阶段的函数为Y₁＝k₁X+a，钻孔应力时间曲线线弹性阶段的函数为Y₂＝k₂X+b，即Y₂＝k₂X+b＝k₃k₁X+ac＝KY₁+A。因此，可找到煤体应力时间曲线、钻孔应力时间曲线线弹性阶段的函数关系。

步骤8，煤层应力监测冲击地压临界预警值指标设置、修订方法

一般，煤体受压状态下，依次经历压密闭实阶段、线弹性阶段、屈服阶段、裂隙加速扩展阶段、峰后破坏阶段。其中，密闭实阶段、线弹性阶段为非破坏变形阶段；屈服阶段、裂隙加速扩展阶段、峰后破坏阶段为塑性到破坏，为破坏阶段。因此，线弹性阶段的煤体具有良好的承压效果，可在线弹性阶段取值设置煤层应力监测冲击地压临界预警值指标。例如，可以将煤体线弹性阶段峰值的75％作为黄色预警值，将煤体线弹性阶段峰值的90％作为红色预警值。

修订方法：如需将某矿某工作面的煤层应力监测冲击地压临界预警值指标进行调整，首先在这个工作面的巷道取煤块，将煤块制作成标准件，按照以上测试方法，得到煤体应力时间曲线，在线弹性阶段取值设置煤层应力监测冲击地压临界预警值指标。

实施例3

采用实施例2的方法用于耿村煤矿13200工作面，共做了3组试验，得到曲线如图6～图 8所示。由图6～图8可知，接近峰值时，油囊应力和压力机压力曲线呈近似直线相关，为线弹性阶段，函数关系可表达为y＝kx+b；油囊应力最大值分别为11.1MPa、11.5MPa、11.3MPa。按煤体线弹性阶段峰值的75％作为超前处置值(即上文中提到的黄色预警值)，按煤体线弹性阶段峰值的90％作为预警值(即上文中提到的红色预警值)。图6～图8中线弹性阶段峰值的75％分别为8.3MPa、8.6MPa、8.5MPa，图6～图8中线弹性阶段峰值的90％分别为10.0MPa、10.4MPa、10.2MPa。因此，设置耿村煤矿浅孔应力计的超前处置值为8MPa，预警值为10MPa。

耿村煤矿将超前处置值8MPa、预警值10MPa作为煤层应力监测冲击地压临界预警指标值前，当应力系统尚未达到超前处置值和预警值时，巷道施工钻屑孔时，常会出现顶钻、吸钻等动力显现，说明应力预警值设置过高。

耿村煤矿将超前处置值8MPa、预警值10MPa作为煤层应力监测冲击地压临界预警指标值后，巷道施工钻屑孔时，基本不再出现顶钻、吸钻等动力显现，能对应力预警进行准确预报。当应力系统显示达到超前处置值和预警值时，矿方采取相应的卸压措施后，可将浅孔应力计的应力计降低，从而可对下一次的应力预警做准备。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种立方体煤块标准件加载装置，其特征在于：包括样块台面(1)，样块台面(1)上设有右挡板(2)、左挡板(3)、后挡板(4)、前挡板(5)，右挡板(2)、左挡板(3)、后挡板(4)、前挡板(5)围合的空腔内用于放置样块(6)，所述样块(6)的上方设有上压板(7)；前挡板(5)的中心设有通孔；右挡板(2)、左挡板(3)、后挡板(4)、前挡板(5)的底部均朝外侧弯折形成底板；

样块台面(1)上表面的前侧边缘设有2个呈前后方向设置的倒T型凹槽，后侧边缘设有3个呈前后方向设置的倒T型凹槽，样块台面(1)上表面的左侧边缘、右侧边缘各设有4个呈左右方向设置的倒T型凹槽；每个倒T型凹槽内设有1个T型螺母(8)，T型螺母(8)与螺杆(9)相连；

后侧边缘的3个倒T型凹槽内的螺杆(9)穿过后挡板(4)的底板；前侧边缘的2个倒T型凹槽内的螺杆(9)穿过前挡板(5)的底板；左侧边缘的前3个倒T型凹槽内的螺杆(9)穿过左挡板(3)的底板；右侧边缘的前3个倒T型凹槽内的3个螺杆(9)穿过右挡板(2)的底板；

每个螺杆(9)上均装有平垫圈(10)、弹簧垫圈(11)，并通过六角螺母(12)旋紧固定。

2.根据权利要求1所述的立方体煤块标准件加载装置，其特征在于：右挡板(2)、左挡板(3)、后挡板(4)的外表面均设有一体成型的加强肋，所述加强肋位于T型螺母(8)的一侧或者相邻两个T型螺母(8)之间，并与相应位置的底板一体成型。

3.根据权利要求2所述的立方体煤块标准件加载装置，其特征在于：右挡板(2)和左挡板(3)上分别设有3个加强肋，后挡板(4)上设有4个加强肋。

4.根据权利要求3所述的立方体煤块标准件加载装置，其特征在于：所述前挡板(5)上的通孔呈椭圆形，其位置与样块(6)上的钻孔位置相对应，且通孔尺寸略大于样块(6)上的钻孔尺寸。

5.根据权利要求4所述的立方体煤块标准件加载装置，其特征在于：六角螺母(12)未旋紧固定时，T型螺母(8)与螺杆(9)可沿着倒T型凹槽滑动。

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