[发明专利]一种沿空留巷单元支架与墩柱组合模拟装置及试验方法

说明书

本发明涉及一种沿空留巷单元支架与墩柱组合模拟装置及试验方法，包括墩柱模拟机构、单元支架模拟机构和管路连接及测试机构，管路连接及测试机构包括阀块，阀块内设置多个油道，油道内安装有压力检测元件，油道的一端通过开关阀连接加压油源，墩柱模拟机构和单元支架模拟机构均包括底座，底座内设有多个液压腔，液压腔内均设有活塞，活塞通过活塞杆与位于底座上方的顶板连接，活塞下方的液压腔空间通过油管与对应油道的另一端连接，采用本发明的模拟装置及试验方法，可实现沿空留巷巷内支护、巷旁支护及卸压的耦合作用的模拟。

技术领域

本发明涉及矿业工程试验技术领域，具体涉及一种沿空留巷单元支架与墩柱组合模拟装置及试验方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

目前，绝大多数矿井仍在使用传统的煤柱护巷的方法，导致煤炭资源损失量很大。而沿空留巷是指在采煤工作面后方沿采空区边缘通过加强支护等技术手段把回采巷道留住，为下一个区段工作面服务的技术方式，沿空留巷技术取消了煤柱，提高了矿井的回采率，延长了矿井的服务年限。但是沿空留巷经历两个工作面采动影响，巷道顶板和两帮都变形严重，而且伴随着底鼓，巷道的维护异常困难。

众多学者在理论上对沿空留巷技术进行了深入的研究，在技术上形成了巷内锚杆锚索支护，巷旁利用高水或膏体材料充填支护，但是现有沿空留巷技术仍存在诸多弊端，如留巷速度慢，围岩变形大等，基于上述问题，天地科技股份有限公司在申请号为201910306429.6的专利中公开了一种回采工作面“支-卸”组合沿空留巷巷道及施工方法，其主要内容是在回采工作面的端头支架后方，靠近采空区一侧，沿巷道走向布置挡矸液压支架，在靠近采空区的巷道内侧设置混凝土墩柱，并在顶板布置水力卸压孔，该方法在实践工程中取得了良好的效果；张晓于2021年3月发表的博士论文《浅埋煤层支卸组合沿空留巷围岩控制机理与技术》中开发了“支—卸”组合沿空留巷控制技术，包括水力压裂卸压技术、巷内高强锚杆锚索支护、巷旁混凝土支柱支护、巷内单元支架加强支护，同样该技术在何家塔煤矿进行井下试验，基本无底鼓，留巷效果良好。

然而，发明人发现，现有研究中对沿空留巷“支护-卸压”系统协同作用研究较少，鲜有文献研究沿空留巷巷内支护、巷旁支护及卸压的耦合作用机理，对巷内、巷旁支护协同作用机理研究较少，施工工程用的挡矸液压支架和混凝土支柱无法应用于室内试验，没有用于此类研究的物理模拟试验装置。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种沿空留巷单元支架与墩柱组合模拟装置，实现了利用试验手段对沿空留巷巷内支护、巷旁支护及卸压的耦合作用机理的研究。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供了一种沿空留巷单元支架与墩柱组合模拟装置，包括墩柱模拟机构、单元支架模拟机构和管路连接及测试机构，管路连接及测试机构包括阀块，阀块内设置多个油道，油道内安装有压力检测元件，油道的一端通过开关阀连接加压油源，墩柱模拟机构和单元支架模拟机构均包括底座，底座内设有多个液压腔，液压腔内均设有活塞，活塞通过活塞杆与位于底座上方的顶板连接，活塞下方的液压腔空间通过油管与对应的油道的另一端连接。

可选的，所述油道为三通油道，具有三个端口，其中一个端口通过开关阀连接加压油源，另一个端口通过油管连接液压腔，第三个端口处安装压力检测元件。

可选的，活塞与液压腔的内腔面之间设置有至少一道密封圈。

可选的，液压腔下方的底座部分设有液压油通道，液压油通道的一端与活塞下方的液压腔空间连通，另一端延伸至底座的侧面，底座侧面固定有多个第一卡套，每个第一卡套对应一个液压油通道，第一卡套内设有中间通道，中间通道一端与液压油通道连通，另一端插入有油管。

可选的，阀块的侧面固定有多个第二卡套，第二卡套内也设置有中间油道，中间通道的一端与油道的出油端连通，另一端插入油管。