[发明专利]一种模拟顶板岩梁破断的试验装置及试验方法

说明书

本发明提供了一种模拟顶板岩梁破断的试验装置及试验方法，涉及岩石力学技术领域，试验装置包括试验箱、挡板、压板、滑轨、压头、监测机构和液压机构；挡板包括左挡板和右挡板，压头包括上压头、左压头和右压头，监测机构包括压力传感器、位移传感器和三维数字散斑监测仪；试验箱的上部和左右两侧分别设置有压头，其中左压头和右压头沿滑轨上下移动，左压头和右压头穿过挡板压设在压板上；试验箱底部设置有试验台底座，左挡板和右挡板分别固定在试验台底座的两侧，实验体放置在试验台底座上；以及利用该装置进行顶板岩梁破断模拟试验的方法，解决了顶板岩梁破断模拟试验与实际偏差较大的技术问题，还具有操作简便，模拟范围广等优点。

技术领域

本发明涉及岩石力学技术领域，尤其是一种用于模拟顶板岩梁破断的试验装置以及利用该装置进行顶板岩梁破断模拟试验的方法。

背景技术

在煤矿开采过程中，随着开采深度和开采强度的不断增大，尤其是在地质复杂条件下的开采，开采过程中遇到的问题不断增多，其中顶板控制问题一直是煤矿开采的重点问题，为研究开采过程的顶板问题，相似材料模拟试验是该领域研究顶板问题的重要手段。

目前，顶板岩梁破断的研究多采用相似材料模拟试验，但是相似材料模拟试验相似比的确定难度较大，并且模型的模拟结果和实际地质条件下的数据差异较大，另外相似材料在制作过程中需要堆积和风干，试验周期较长。还有运用真实的顶板岩梁进行相似材料模拟，而底板和煤层仍采用相似材料，以此研究煤层开采对顶板的影响，这种实际顶板和相似材料结合的方法试验的准确性仍然有待提高。在相似材料模拟中大多采用应力采集探头进行应力分布的监测，位移采用全站仪监测，这种应力和位移的监测方法精度不高，并且容易受到人为干扰，从而造成试验误差。此外顶板岩梁破断模拟试验中忽略了侧压的影响，使用压头加压也难以保证加载的载荷是否均布。为了研究不同采高、不同跨度和不同采深条件下顶板岩梁的变形、应力及破断特征，为矿井开采施工提供理论依据，需要对现有的岩石力学试验设备作进一步的改进，并优化顶板岩梁破断试验的方法。

发明内容

为解决顶板岩梁破断模拟试验与实际偏差较大的技术问题，本发明提供了一种模拟顶板岩梁破断的试验装置及试验方法，具体技术方案如下。

一种模拟顶板岩梁破断的试验装置，包括试验箱、挡板、压板、滑轨、压头、监测机构和液压机构；所述挡板包括左挡板、右挡板、前挡板和后挡板，压头包括上压头、左压头和右压头，压板包括上压板、左压板和右压板，监测机构包括压力传感器、位移传感器和三维数字散斑监测仪；所述试验箱的上部和左右两侧分别设置有压头，其中左压头和右压头沿滑轨上下移动，左压头和右压头穿过挡板压设在压板上；所述试验箱底部设置有试验台底座，左挡板和右挡板分别固定在试验台底座的两侧，实验体放置在试验台底座上。

优选的是，实验体包括顶板层、底板层、均压水囊、煤层和煤层水囊，实验体的上方设置有上压板；所述上压板下方布置有均压水囊，均压水囊下方布置有顶板层，顶板层下方布置有煤层和煤层水囊，煤层下方布置有底板层；煤层和煤层水囊并列间隔布置。

还优选的是，试验台底座的前方设置有前挡板，试验台底座的后方设置有后挡板；后挡板上设置有导水孔，前挡板和后挡板上均设置有固定槽钢。

还优选的是，左压板和右压板随压头左右移动，上压头沿试验箱上部设置的滑轨移动；左挡板和右挡板的侧面设置有安装孔，前挡板和后挡板的左右两边上设置有安装孔。

左挡板、右挡板和压板使用钢材制作而成，前挡板和后挡板使用透明亚克力板制作而成，均压水囊上设置有压力表。

一种模拟顶板岩梁破断的试验方法，利用上述模拟顶板岩梁破断的试验装置，步骤包括：

A.组装固定试验箱和试验台底座，放置压板并调节压头位置；

B.根据矿井煤层条件和试验箱尺寸确定顶板层、底板层和煤层的试件尺寸；