[发明专利]一种矿井工作面底板采动破坏模拟试验装置

权利要求书

1.一种矿井工作面底板采动破坏模拟试验装置，其特征在于主体结构包括主液压伺服加载器、顶部加载体、液压伺服卸载加载器、卸载加载板、侧向固定板、侧向加载固定器、平台底座、液压管路、顶部液压管路、应力监测点、应力采集系统、液压伺服控制系统、可拆卸侧边和测试岩体；平台底座两端对称式固定制有侧向加载固定器，用以模拟侧向构造应力对地层的加载作用；侧向加载固定器与侧向固定板固定连接，侧向加载固定器工作时，侧向固定板与测试岩体接触加载；侧向加载固定器通过侧向固定板将测试岩体固定在平台底座上；测试岩体同一深度水平方向以每米两个的分布密度均匀分布制有均匀分布有应力监测点，应力监测点采用应力应变片式传感器，采集底板应力分布特征,；应力监测点与应力采集系统连接，应力采集系统自动采集测试岩体的应力应变数据；测试岩体的上端固定安装制有卸载加载板，卸载加载板两侧分布安装制有可拆卸侧边，可拆卸侧边在模拟试验中传递的应力是破坏底板的主要原因；顶部加载体和卸载加载板之间设有液压伺服卸载加载器，液压伺服卸载加载器由一组卸载加载器组成，卸载加载器的数量与卸载加载板的数量一致，并牢固连接，液压伺服卸载加载器模拟工作面煤层采出后对工作面底板的卸压作用，也模拟工作面顶板老空区内直接顶冒落后重新对底板进行恢复加载作用；顶部加载体上部安装制有主液压伺服加载器，主液压伺服加载器通过加载压力模拟垂直地应力，对试验初始阶段的总盈利加载，在工作面采动液压伺服卸载加载器卸压时，主液压伺服加载器仍保持原来状态，使总体压力一直存在；主液压伺服加载器与顶部液压管路连通；作为整个装置动力源和动力控制系统的液压控制伺服系统分别与主液压伺服加载器、液压伺服卸载加载器和侧向加载固定器连接。

2.根据权利要求1所述矿井工作面底板采动破坏模拟试验装置，其特征在于对矿井工作面底板采动破坏进行模拟试验的过程包括测试岩体的制备、矿井工作面底板采动底板破坏模拟试验测试和矿井工作面采动底板破坏机理分析三个步骤，具体工艺过程为：

(1)、测试岩体的制备：测试岩体有两种，一种为在矿井工作面巷道掘进时采集到的矿井工作面底板岩石，制备时矿井工作面底板岩石的平面要满足现有技术中岩石力学试验所规定的标准；另一种为与矿井工作面底板岩石相似模拟材料制备的工作面底板，其制备材料配比以矿井工作面底板岩石力学试验参数为指导，岩石力学参数包括抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、内聚力、内摩擦角、体积模量、剪切模量、泊松比、尺寸和密度；制备的测试岩体的长为55cm，宽为55cm，高为20cm，测试岩体采用工作面底板岩石岩样时，其平面要采用现有技术进行平整性测量；

(2)、矿井工作面底板采动破坏模拟试验测试：先通过侧向固定板和侧向加载固定器将测试岩体固定在平台底座上，同时加载侧向应力；再将主液压伺服加载器和顶部加载体下降并与测试岩体接触，加载垂直应力，加载时间为1～2天，测试岩体周围应力稳定后，调整液压伺服卸载加载器，开启液压伺服卸载加载器卸压模式，加载与卸载压力相同的垂直应力应力后开启重新加载模式，用以模拟煤层开采底板卸压和冒落带岩石压实的开采技术条件；试验进行过程中，开启应力监测系统，进行数据监测和采集；然后利用外部的现有声发射监测系统，对试验过程中的测试岩体裂隙发育进行监测；试验完成后，利用外部的现有超声波探测装置对破坏后的测试岩体进行探测，监测岩样裂隙发育深度及赋存特征；

(3)采动底板破坏机理分析：以测试岩体的力学性质为基础，采用现有的FLAC-3D软件进行采动破坏数值模拟分析，计算采动底板应力分布特征，分析采动底板弹塑性分区，并与模拟试验采集的应力数据进行对比；分析采动底板破坏机理，同时对采动底板破坏深度进行研究，以解决底板薄隔水层、高承压含水层采动突水难题。