[发明专利]一种单侧限矸石压缩响应特征试验装置和方法

说明书

本发明公开了一种单侧限矸石压缩响应特征试验装置和方法。该装置由承压部分和施压部分组成，承压部分包括刚性单侧限压缩盒、承压板、承压板限位插销以及承压板转轴；施压部分包括上压板转轴、限位板、环形垫板、螺母、上压板、上压板限位插销；使用时，将施压部分放在承压板上的矸石试样上方进行试验；所述刚性单侧限压缩盒由底板和三个竖板刚性连接组成。本发明的精确度高；使用方式灵活且便于操作；可通过装置研究倾斜煤层开采条件下的采空区矸石压缩，施压部分与承压部分角度分别可调，可以模拟多种倾斜煤层工况条件。

技术领域

本发明属于岩石力学试验技术领域，具体涉及一种单侧限矸石压缩响应特征试验装置和方法。

背景技术

近年来煤炭高产高效开采技术迅猛发展，煤矿开采强度逐年加大，近水平及缓倾斜煤炭资源几近枯竭，为保证矿井服务年限，保障我国经济平稳发展，倾斜煤层逐渐成为开采重点。在开采过程中，采空区矸石对顶板覆岩起承载作用，矸石的压缩响应特征对覆岩的进一步失稳垮落有着不可忽视的影响作用。而目前对矸石压缩响应特征的试验研究通常针对近水平煤层，鲜有针对倾斜煤层采空区矸石压缩响应特征的试验研究。

究其原因，主要是倾斜煤层采空区矸石堆积状态不同于近水平煤层。近水平煤层采空区矸石呈现四周受限、左右对称、近似等腰梯形的堆积状态；而在倾斜煤层中，采空区矸石沿工作面向下堆积，呈现出一侧受煤壁约束、一侧自由的单侧限、非对称的堆积状态。

现有的矸石压缩试验通常为侧限矸石压缩力学试验，这与倾斜煤层及其他某些情况下的采空区矸石堆积状态存在差异，因此现有矸石压缩实验装置不适用单侧限矸石压缩以及模拟倾斜煤层底板情况的矸石压缩试验，主要体现在，现有的矸石压缩试验装置通常为限侧矸石压缩力学试验，这与倾斜煤层及其他某些情况下的采空区矸石堆积状态存在差异；同时装置承压部分通常为一角度固定刚性板，无法正确反映倾斜煤层及其他情况下采空区矸石的压缩响应特征。

发明内容

为进一步研究倾斜煤层采空区矸石对顶板覆岩的承载特征及矸石压缩响应特征，本发明提供了一种单侧限矸石压缩响应特征试验装置和方法。

本发明为一种单侧限矸石压缩响应特征试验装置，通过调整刚性单侧限压缩盒与承压板之间角度来模拟不同倾角的倾斜煤层底板环境，通过调整上压板角度来模拟顶板垮落矸石带施压环境，且承压部分一侧不设限，解决了现有装置无法模拟单侧限矸石压缩实验的问题。

本发明提供了一种单侧限矸石压缩响应特征试验装置，由承压部分和施压部分组成，承压部分包括刚性单侧限压缩盒、承压板、承压板限位插销以及承压板转轴；施压部分包括上压板转轴、限位板、环形垫板、螺母、上压板、上压板限位插销；使用时，将施压部分放在承压板上的矸石试样上方进行试验。

所述刚性单侧限压缩盒由底板和三个竖板刚性连接组成，其上侧与右侧开口，其前后两竖板的右边缘为弧线，且在前后竖板靠右端均匀设有四个通孔作为承压板角度限位孔，在前、后竖板的内侧左下部设置两个位置相对的凹槽，用于固定承压板转轴；

所述上压板转轴沿轴方向两侧有螺纹，用来固定环形垫板；上压板转轴中部有一正方形凸出平台，平台上表面有凹槽作为压力机压头固定槽，平台四个侧面有螺丝穿孔，通过螺柱将压力机压头夹紧而悬挂于单轴压力机上；所述限位板有两个，在限位板侧面有限位板转轴孔，使两块限位板分别穿过上压板转轴左右两侧并绕转轴转动；在限位板转轴孔周围有四个上压板角度限位孔；限位板和环形垫板按先后顺序穿过上压板转轴左右两侧，并通过螺母进行固定；通过螺丝将限位板与上压板连接，限位板能带动上压板绕上压板转轴转动，随后通过上压板限位插销穿过限位板上的上压板角度限位孔与环形垫板上的上压板角度固定孔使上压板与环形垫板固定。

当承压板右侧抬升至承压板角度限位孔位置时分别与水平面夹角为0°、15°、30°、45°；所述单侧限压缩盒和承压板通过承压板转轴连接，承压板能绕承压板转轴转动，再通过承压板限位插销穿过单侧限压缩盒上的承压板角度限位孔和承压板上的承压板位置固定孔将承压板固定于0°、15°、30°、45°中任一角度组成承压部分。