CN109164245A - 一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架,包括:实验材料安装架、反力架和千斤顶;其中所述反力架安装在所述实验材料安装架***,并且所述千斤顶安装在所述反力架上,作用于所述实验材料安装架;本发明公开提供了一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架,本发明率先将多向受力与倾角可变结合的技术方案,可以模拟出煤层各个角度不同受力状态下其上覆岩层移动变化情况,对于不同地质条件下的煤层而言,只需改变参数即可完成实验,可以得到任意角度下不同受力环境的煤层开采后其上覆岩层移动形变特征,可根据工况条件进行各种复杂环境下的实验,对于指导实际生产意义重大。
Description
技术领域
本发明涉及矿业工程技术领域,更具体的说是涉及一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架。
背景技术
目前,相似模拟实验仍是研究矿业工程类问题常用的方法,市场上的相似模拟实验架可分为平面模型架和普通三维立体实验架,平面模型架模拟的地下工程环境较为单一,已不适合大倾角、受力复杂的采煤工作面。随着地下煤矿开采深度和强度的不断增大,地下工程环境也越加复杂化,对相似模拟实验装置的要求也相应提高,较平面模型架而言,普通三维立体相似模拟实验架能够更真实的反应地下煤矿开采后岩体的运动情况。但现有的三维立体实验架无法实现在不同倾角下的多向加载。
因此,如何提供一种可以在改变岩层倾角的情况下对岩层多向进行加载的装置是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架,可以进行受力复杂的不同倾角下的煤层开采后岩体运动实验。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架,包括:实验材料安装架、反力架和千斤顶;其中所述反力架安装在所述实验材料安装架***,并且所述千斤顶安装在所述反力架上,作用于所述实验材料安装架;
所述千斤顶包括侧压千斤顶、升降千斤顶、倾角调节千斤顶和下压千斤顶;
所述实验材料安装架包括安装架立柱、护板、加载钢板和底板;其中所述安装架立柱竖直设置有四根,相邻所述安装架立柱之间通过所述护板进行连接,构成长方体结构,并且相邻所述安装架立柱之间设置有若干个沿竖直方向排列的所述护板;所述护板内侧通过柔性伸缩件连接有加载钢板;所述底板一端连接有铰链,所述铰链通过销与所述安装架立柱上设置的高度调节孔进行铰接,所述底板另一端两侧设置有防干涉缺口,所述实验材料安装架一侧的两根所述安装架立柱分别位于两个所述防干涉缺口中;所述底板中间底部设置所述升降千斤顶,所述升降千斤顶的顶杆作用于所述底板中间位置;所述底板设置所述防干涉缺口的一端底部设置所述倾角调节千斤顶,所述倾角调节千斤顶的顶杆作用于所述底板设置所述防干涉缺口的一端;所述安装架立柱底端通过螺栓连接在实验台面上,所述升降千斤顶和所述倾角调节千斤顶均安装在所述实验台面上;
所述反力架包括反力架立柱、反力架横梁和反力架顶梁;其中所述反力架立柱竖直设置有四根,相邻所述反力架立柱之间通过所述反力架横梁连接,构成长方体结构,所述反力架立柱安装所述侧压千斤顶,所述侧压千斤顶与所述护板、所述加载钢板对应设置,并且所述侧压千斤顶的顶杆穿过所述护板上的通孔与所述加载钢板连接;所述反力架顶梁设置在所述反力架立柱与所述反力架横梁构成的长方体结构顶部,所述反力架顶梁上安装所述下压千斤顶,所述下压千斤顶的顶杆连接有压板,所述压板位于所述安装架立柱和所述护板构成长方体结构的顶部。
优选的,在上述一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架中,所述护板通过螺栓与所述安装架立柱连接。
优选的,在上述一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架中,所述高度调节孔沿所述安装架立柱的长度方向排列有若干个。
优选的,在上述一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架中,所述加载钢板通过螺栓与所述安装架立柱固定连接。
优选的,在上述一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架中,所述升降千斤顶设置有两个。
优选的,在上述一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架中,所述倾角调节千斤顶设置有两个。
优选的,在上述一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架中,所述反力架立柱采用高强度钢板制作而成。
优选的,在上述一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架中,所述侧压千斤顶、升降千斤顶、倾角调节千斤顶和下压千斤顶均为液压千斤顶,并且均通过液压***控制。
优选的,在上述一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架中,所述反力架顶梁设置有三根,其中两根平行设置,另外一根垂直于平行的两根反力架顶梁设置。
优选的,在上述一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架中,所述柔性伸缩件为弹簧,不仅能够将所述加载钢板连接在所述护板内侧,而且所述加载钢板能够在所述侧压千斤顶的推杆作用下水平移动,对待测岩层进行水平加载模拟。
经由上述的技术方案可知,与现有技术相比,本发明公开提供了一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架,本发明率先将多向受力与倾角可变结合的技术方案,可以模拟出煤层各个角度不同受力状态下其上覆岩层移动变化情况,对于不同地质条件下的煤层而言,只需改变参数即可完成实验,可以得到任意角度下不同受力环境的煤层开采后其上覆岩层移动形变特征,可根据工况条件进行各种复杂环境下的实验,对于指导实际生产意义重大。
将实验材料安装在实验材料安装架上,通过安装架立柱、护板、底板和压板对其进行三维方向的固定,通过侧压千斤顶作用在护板和加载钢板上施加载荷能够进行水平实验,当需要模拟三维加载模拟实验时,再启动下压千斤顶和升降千斤顶、倾角调节千斤顶分别作用在压板和底板上,模拟工况环境,可根据具体工况环境改变护板四周的侧压千斤顶的施加压力,从而改变实验材料四周的载荷,实现多向受力;同时,可以通过液压控制***控制升降千斤顶升降,从而调节底板上升到一定高度,到达指定高度后,使底板的铰链与对应的高度调节孔通过销铰接,通过液压控制***控制倾角调节千斤顶升降,使底板倾角发生变化,底板倾角变化过程中,安装架立柱位于防干涉缺口中,不与底板发生剐蹭,这样即可模拟每层倾角以及受力条件,较好的反映出真实的工况环境。
反力架的设置保证了千斤顶的液压控制和反力支撑,每层护板都由对应反力架横梁上的千斤顶施加荷载,真从而实反映工况环境。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明主视图;
图2为本发明俯视图;
图3为本发明中侧压千斤顶与护板、加载钢板组成的侧向加载结构示意图;
图4为底板结构示意图;
图5为升降千斤顶与、底板、倾角调节千斤顶组成的倾角调节结构示意图;
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架,可以进行受力复杂的不同倾角下的煤层开采后岩体运动实验。
结合附图1-5,本发明公开了一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架,包括:实验材料安装架、反力架和千斤顶;其中反力架安装在实验材料安装架***,并且千斤顶安装在反力架上,作用于实验材料安装架;
千斤顶包括侧压千斤顶1、升降千斤顶2、倾角调节千斤顶3和下压千斤顶4;
实验材料安装架包括安装架立柱5、护板6、加载钢板7和底板8;其中安装架立柱5竖直设置有四根,相邻安装架立柱5之间通过护板6进行连接,构成长方体结构,并且相邻安装架立柱5之间设置有若干个沿竖直方向排列的护板6;护板6内侧通过柔性伸缩件连接有加载钢板7;底板8一端连接有铰链16,铰链16通过销与安装架立柱5上设置的高度调节孔9进行铰接,底板8另一端两侧设置有防干涉缺口10,实验材料安装架一侧的两根安装架立柱5分别位于两个防干涉缺口10中;底板8中间底部设置升降千斤顶2,升降千斤顶2的顶杆作用于底板8中间位置;底板8设置防干涉缺口10的一端底部设置倾角调节千斤顶3,倾角调节千斤顶3的顶杆作用于底板8设置防干涉缺口10的一端;安装架立柱5底端通过螺栓连接在实验台面11上,升降千斤顶2和倾角调节千斤顶3均安装在实验台面11上;
反力架包括反力架立柱12、反力架横梁13和反力架顶梁14;其中反力架立柱12竖直设置有四根,相邻反力架立柱12之间通过反力架横梁13连接,构成长方体结构,反力架立柱12安装侧压千斤顶1,侧压千斤顶1与护板6、加载钢板7对应设置,并且侧压千斤顶1的顶杆穿过护板6上的通孔与加载钢板7连接;反力架顶梁14设置在反力架立柱12与反力架横梁13构成的长方体结构顶部,反力架顶梁14上安装下压千斤顶4,下压千斤顶4的顶杆连接有压板15,压板15位于安装架立柱5和护板6构成长方体结构的顶部。
为了进一步优化上述技术方案,护板6通过螺栓与安装架立柱5连接。
为了进一步优化上述技术方案,高度调节孔9沿安装架立柱5的长度方向排列有若干个。
为了进一步优化上述技术方案,加载钢板7通过螺栓与安装架立柱5固定连接。
为了进一步优化上述技术方案,升降千斤顶2设置有两个。
为了进一步优化上述技术方案,倾角调节千斤顶3设置有两个。
为了进一步优化上述技术方案,反力架立柱12采用高强度钢板制作而成,高强度钢板(高强板)是指牌号Q460钢,强度高,特别是在正火或正火加回火状态有较高的综合力学性能。主要用于大型船舶,桥梁,电站设备,中、高压锅炉,高压容器,机车车辆,起重机械,矿山机械及其他大型焊接结构件。
为了进一步优化上述技术方案,侧压千斤顶1、升降千斤顶2、倾角调节千斤顶3和下压千斤顶4均为液压千斤顶,并且均通过液压***控制。
为了进一步优化上述技术方案,反力架顶梁14设置有三根,其中两根平行设置,另外一根垂直于平行的两根反力架顶梁14设置。
为了进一步优化上述技术方案,柔性伸缩件为弹簧,不仅能够将加载钢板7连接在护板6内侧,而且加载钢板7能够在侧压千斤顶1的推杆作用下水平移动,对待测岩层进行水平加载模拟。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架,其特征在于,包括:实验材料安装架、反力架和千斤顶;其中所述反力架安装在所述实验材料安装架***,并且所述千斤顶安装在所述反力架上,作用于所述实验材料安装架;
所述千斤顶包括侧压千斤顶、升降千斤顶、倾角调节千斤顶和下压千斤顶;
所述实验材料安装架包括安装架立柱、护板、加载钢板和底板;其中所述安装架立柱竖直设置有四根,相邻所述安装架立柱之间通过所述护板进行连接,构成长方体结构,并且相邻所述安装架立柱之间设置有若干个沿竖直方向排列的所述护板;所述护板内侧通过柔性伸缩件连接有加载钢板;所述底板一端连接有铰链,所述铰链通过销与所述安装架立柱上设置的高度调节孔进行铰接,所述底板另一端两侧设置有防干涉缺口,所述实验材料安装架一侧的两根所述安装架立柱分别位于两个所述防干涉缺口中;所述底板中间底部设置所述升降千斤顶,所述升降千斤顶的顶杆作用于所述底板中间位置;所述底板设置所述防干涉缺口的一端底部设置所述倾角调节千斤顶,所述倾角调节千斤顶的顶杆作用于所述底板设置所述防干涉缺口的一端;所述安装架立柱底端通过螺栓连接在实验台面上,所述升降千斤顶和所述倾角调节千斤顶均安装在所述实验台面上;
所述反力架包括反力架立柱、反力架横梁和反力架顶梁;其中所述反力架立柱竖直设置有四根,相邻所述反力架立柱之间通过所述反力架横梁连接,构成长方体结构,所述反力架立柱安装所述侧压千斤顶,所述侧压千斤顶与所述护板、所述加载钢板对应设置,并且所述侧压千斤顶的顶杆穿过所述护板上的通孔与所述加载钢板连接;所述反力架顶梁设置在所述反力架立柱与所述反力架横梁构成的长方体结构顶部,所述反力架顶梁上安装所述下压千斤顶,所述下压千斤顶的顶杆连接有压板,所述压板位于所述安装架立柱和所述护板构成长方体结构的顶部;所述反力架立柱底座通过螺栓连接在所述实验台面上。
2.根据权利要求1所述的一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架,其特征在于,所述护板通过螺栓与所述安装架立柱连接。
3.根据权利要求1所述的一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架,其特征在于,所述高度调节孔沿所述安装架立柱的长度方向排列有若干个。
4.根据权利要求1所述的一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架,其特征在于,所述加载钢板通过螺栓与所述安装架立柱固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架,其特征在于,所述升降千斤顶设置有两个。
6.根据权利要求1所述的一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架,其特征在于,所述倾角调节千斤顶设置有两个。
7.根据权利要求1所述的一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架,其特征在于,所述反力架立柱采用高强度钢板制作而成。
8.根据权利要求1所述的一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架,其特征在于,所述侧压千斤顶、升降千斤顶、倾角调节千斤顶和下压千斤顶均为液压千斤顶,并且均通过液压***控制。
9.根据权利要求1所述的一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架,所述反力架顶梁设置有三根,其中两根平行设置,另外一根垂直于平行的两根反力架顶梁设置。
10.根据权利要求1所述的一种矿用岩层倾角可调及多向加载相似模拟实验架,所述柔性伸缩件为弹簧。
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