[发明专利]一种围岩钻孔应力监测实验教学演示装置及其实验方法

说明书

本发明公开了一种围岩钻孔应力监测实验教学演示装置，包括主控计算机、围岩及钻孔模型、液压控制系统和钻孔应力监测系统，液压控制系统包括液压千斤顶，围岩及钻孔模型包括外壳和设置在外壳内的模拟钻孔，液压千斤顶对模拟钻孔施加作用力；钻孔应力监测系统包括液压油枕，钻孔应力监测系统用于采集液压油枕内的油压并将采集到的信号实时传输至主控计算机。本发明还提供了一种利用围岩钻孔应力监测实验教学演示装置进行实验的方法，该方法通过主控计算机控制液压系统给围岩及钻孔模型加载，模拟采动过程中围岩应力变化，并通过液压油枕和钻孔应力监测系统监测并储存显示围岩应力的大小及变化过程。本发明能够以直观、清晰的方式达到教学目的。

技术领域

本发明属于实验教学演示设备技术领域，尤其涉及一种用于采矿工程专业教学演示的围岩钻孔应力监测实验教学演示装置及其实验方法。

背景技术

围岩应力是巷道支护设计、煤柱留设尺寸设计及稳定性评价时需要重点分析的一个监测量，对煤矿的安全生产具有重要意义，是采矿工程专业教学中需要重点讲解的知识点；而钻孔应力监测系统作为监测围岩应力变化的主要设备，是采矿工程专业教学中需要重点介绍的一种矿压监测设备。根据采矿工程相关课程,学生需要对煤矿井下围岩应力的大小在采掘中的变化有直观的认识，但由于采矿类专业性强，到煤矿井下实地参观受到诸多限制，所以采用试验教学是采矿工程学科重要的教学手段。

但根据目前的教学实践来看，矿压压力实测仪器设备的教学主要以学生参观、课堂讲解演示为主，学生动手操作性不强，相关模拟设备较少，目前为止鲜有能提供学生感知、进行试验教学的钻孔应力监测实验教学演示模型，很大程度上制约了教学工作的展开和教学效果的取得。因此，将被动的、演示讲演性的教学方式，转变为主动地、自主操作的教学方式、提高试验教学的教学效果，一直是教学工作者尤为关注的问题。

发明内容

为解决目前矿山压力实测仪器仪表教学相关实验设备不足、学生动手能力不强的问题，本发明提供了一种围岩钻孔应力监测实验教学演示装置及其实验方法，以方便教学，提高试验教学的教学效果。

本发明所采用的技术方案为：

一种围岩钻孔应力监测实验教学演示装置，包括主控计算机、钻孔应力发生器和钻孔应力监测系统，所述钻孔应力发生器包括围岩及钻孔模型、液压控制系统，所述液压控制系统和钻孔应力监测系统均与所述主控计算机相连；所述液压控制系统包括液压千斤顶，所述围岩及钻孔模型包括外壳、设置在外壳顶端的承压钢板及设置在外壳内的模拟钻孔，液压千斤顶位于承压钢板的上方，外壳内还设置有分别位于模拟钻孔上方和下方以对模拟钻孔实现夹持的上传压夹块和下传压夹块，液压千斤顶对所述承压钢板施加压力，并通过承压钢板和上、下传压夹块的传递，将液压千斤顶的压力转化为夹持力施加到模拟钻孔上；所述钻孔应力监测系统包括液压油枕和应力采集及传输机构，液压油枕安置于模拟钻孔内并与所述应力采集及传输机构相连，应力采集及传输机构用于采集液压油枕内的油压并将采集到的油压信号实时传输至所述主控计算机。

所述钻孔应力发生器还包括反力架，液压千斤顶和所述围岩及钻孔模型均安置于反力架内，反力架为液压千斤顶对围岩及钻孔模型的加载提供限制，使液压千斤顶的压力传递至围岩及钻孔模型。

所述液压控制系统还包括数控液压泵站及数控液压泵站压力控制软件，数控液压泵站与液压千斤顶相连，数控液压泵站压力控制软件安装在主控计算机内，主控计算机通过数控液压泵站压力控制软件控制数控液压泵站给所述液压千斤顶加载，并通过不同的加载量和加载速率模拟不同情况下围岩内应力的变化过程。

所述应力采集及传输机构包括依次相连的钻孔应力监测分站、通讯分站、通讯接口及钻孔应力监测系统上位机软件，所述钻孔应力监测分站与液压油枕相连，钻孔应力监测系统上位机软件安装在主控计算机内，所述钻孔应力监测分站、通讯分站、通讯接口及钻孔应力监测系统上位机软件相互配合，实时监测液压油枕内的压力变化，并在主控计算机上存储和显示压力数值及压力的变化过程。