[发明专利]一种大倾角煤岩地层力学性状物理模拟与测试装置

说明书

本发明公开了一种大倾角煤岩地层力学性状物理模拟与测试装置，包括在支撑上设有主动轮和从动轮支撑一对半圆形转盘，主动轮和从动轮与电机相连；一对半圆形转盘之间上下分别设有内框架梁和连接的内框架竖梁；沿内框架梁纵和内框架竖梁上连接有若干排平行分布的可移动钢柱，各排可移动钢柱上连接有由若干液压千斤顶连接的施力板；在前后排的施力板前后面上支撑有由可移动钢柱连接的液压千斤顶，相邻施力板之间填充有相似模拟材料，相似煤岩层模拟材料中埋设有连接到测试装置的压力传感器，通过测试装置获取的各施力板之间的相似煤岩层模拟材料受力变化，得出模拟煤岩层的力学性状。该装置可实现三维变角度加载，更加准确系统地分析煤岩地层力学性状。

技术领域

本发明涉及一种矿山煤层开采实验方法，特别是一种大倾角煤岩地层力学性状物理模拟与测试装置。

背景技术

在我国，随着煤炭资源的不断开发，大倾角煤层等难采煤层成为了如今乃至以后我国煤炭资源开发的重点。在采矿要求安全高效开采的形势下，对于物理相似模拟研究煤岩体的稳定性产生了极大的需求，物理相似模拟实验是将现场实际的缩放模型置于实验体内，模拟真实过程主要特征，通过在模型上的实验所获得的某些量间的规律再回推到原型上，以获得对原型的规律性认识的实验方法。实验超出现有理论范围，能够研究现场不允许实验或者观测不到和测不准规律的项目，可以探索用数学方法不能解决的问题，可以明显直观地体现设想，能有效的帮助构思，最大限度地反映出物理本质，因此是矿山、岩土、地质等学科重要研究手段之一。

随着煤炭开采和探测技术的不断进步，人们逐渐认识到不同方向的围岩力学特性同样对围岩的稳定性有重要影响，有很多采矿界学者提出了不同的假说和经过论证的观点，如“最大水平应力理论”，但是在我们在做物理相似模拟时，大多只考虑了铅直应力对巷道顶底板的稳定性影响，很少有人考虑到不同方向的应力加载特性对围岩稳定性的影响，这是个急需解决的问题。对于一些煤层赋存较差的矿井，在开挖巷道或工作面的推进过程中，矿压显现较为严重，经常会发生一些矿井灾害，如冲击矿压、顶板大面积来压等，都是人们对于煤岩层力学性状的科学认知欠缺，没有做到科学的预测与预防，造成大量的人员和设备损害，产生了巨大的经济损失，所以通过物理模拟实验可以直观的模拟开采和开挖的整个过程，在做模拟实验时，科研工作者更加关注上覆岩层对采场围岩稳定性的影响，需更加细致的研究岩层之间和岩层内部的力学性状，对局部三维集中应力的模拟也待提高，局部区域时研究，采矿界学者们大多只研究岩块的力学特征，缺少对整个岩体的研究和认知，对研究矿井灾害损害时，岩层的力学性状的研究对于预测和预防矿井灾害显得更为重要，研究岩层和岩体的力学性状是物理模拟实验亟需解决的问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种大倾角煤岩地层力学性状物理模拟与测试装置，该装置可实现三维变角度加载，可以更好的模拟岩层之间和岩层内部的相互作用，如：岩层间的滑移力、局部集中应力，可以使整体模拟装置变角度，准确模拟不同倾角的煤岩赋存状态，通过一种科学的测试方法，该系统可以更加准确、系统地分析煤岩地层力学性状。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种大倾角煤岩地层力学性状物理模拟与测试装置，包括一个带有支撑的底座，在每个支撑上设有一对半圆形转盘，每个转盘上设有两个滚槽，两个滚槽分别与支撑上的主动轮和从动轮相接，主动轮和从动轮与电机相连；一对半圆形转盘之间上下分别设有内框架梁，上下内框架梁之间连接有四根内框架竖梁；沿内框架梁和内框架竖梁上连接有若干排平行分布的可移动钢柱，各排可移动钢柱上连接有由若干液压千斤顶连接的施力板；在前后排的施力板前后面上支撑有由可移动钢柱连接的液压千斤顶，相邻施力板所围成正方体内部之间填充有相似模拟材料，相似煤岩层模拟材料中埋设有连接到测试装置的压力传感器，通过测试装置获取的各施力板之间的相似煤岩层模拟材料受力变化，得出模拟煤岩层的力学性状。

对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案：

进一步，在前面的半圆形转盘中间开有正方形开孔。