立井井壁承载试验装置及其试验方法与流程

1.本发明涉及矿业工程井巷工程支护技术领域。具体地说是荷载作用下立井井壁承载能力试验用装置和试验方法。


背景技术：

2.随着国内煤炭需求量的增大，浅部可采煤层资源日益渐少，煤矿井筒建设有深部化发展的趋势，主要表现在不稳定表土地层中凿井深度向800m发展，这就加大了煤矿井筒支护设计的难度，因立井井壁试验装置能力限制，可供参考的数据稀少，特别是许多产煤国家在不稳定含水冲积层井壁设计中都考虑不均匀地压的荷载，为此《煤矿立井井筒及硐室设计规范》(gb50384
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2007)中规定了井壁(含冻结法和钻井法)设计需进行不均匀地压强度计算，新版《钻井井筒永久支护通用技术条件》(mt508
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2009)增加了“井壁结构一般按均匀受压计算，但当采掘工艺有特殊要求时，宜进行不均匀受压验算”的规定，所以需要开展不均匀受力条件下立井井壁承载能力试验转置和方法的研究。


技术实现要素：

3.为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够模拟立井井壁均匀承载和不均匀承载的立井井壁承载试验装置及其试验方法。
4.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
5.上述立井井壁承载试验装置，包括油源，所述油源的一侧固定连接有供油管，所述油源的一侧固定连接有第一连接线，所述第一连接线的另一端固定连接有电控操作台，所述电控操作台的一侧固定连接有第二连接线，所述供油管与第二连接线的另一端均固定连接有油分配器，所述油分配器的一侧固定连接有出油管，所述出油管的另一端固定连接有试验台座，所述试验台座的中心位置安装有试样。
6.上述立井井壁承载试验装置，所述试验台座包括安装环，所述安装环的内表面固定连接有液压缸，所述液压缸沿安装环的轴线固定连接有三层，每层液压缸为十二个并且沿安装环的径向均匀分布，所述液压缸包括安装底座，所述安装底座的一侧固定连接有缸体，所述缸体的顶端固定连接有挤压块，所述挤压块的数量为两个，两个挤压块的一侧均固定连接有保护垫。
7.上述立井井壁承载试验装置，所述油分配器包括高压进油管，所述高压进油管的一端固定连接有水平伺服阀，所述水平伺服阀的数量为三个，所述高压进油管的一端固定连接有垂直伺服阀，所述垂直伺服阀的数量为四个，所述水平伺服阀、垂直伺服阀的一侧均固定连接有第一输油管，所述第一输油管的另一端固定连接有三位三通电磁换向阀，所述三位三通电磁换向阀通过出油管与液压缸相连接，所述高压进油管的一端固定连接有竖向压缩阀，所述竖向压缩阀通过出油管固定连接有可拆卸液压缸，所述可拆卸液压缸的数量为十二个。
8.上述立井井壁承载试验装置，所述油源包括油箱，所述油箱的内部开设有储油腔，
所述油箱的内部开设有油泵腔，所述油泵腔的内部固定连接有油泵，所述油箱的内部固定连接有抽油装置，所述油泵与抽油装置通过连接管相连接，所述油箱的内部开设有加油口，所述油箱的内部开设有放油口，所述油箱的外表面固定连接有油表箱。
9.立井井壁承载实验方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.步骤a：将试样安装在试验台座上；
11.步骤b：开启油源，液压油通过油分配器流向试验台座；
12.步骤c：试验台座向试样施加压力，记录试样承压数据。
13.本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
14.本发明与普通试验机相比，其显著特点在于本发明设计出了一套电器和油路的控制系统，可以使48个油缸出现不同组合的加载方式并且还能对每个油缸进行有效的伺服控制，方便了井壁模型加载试验和数据采集工作，本发明不仅能对井壁系统进行材料强度的试验，还可用于模拟矿井井壁在不同的地质深度，不同环境下的受力载荷状况。
附图说明
15.图1本发明所能实现的加载方式的受力示意图；
16.图2本发明机构示意图；
17.图3本发明液压系统原理图；
18.图4本发明单个油缸处控制液压原理示意图；
19.图5本发明主机部分纵向结构示意图；
20.图6本发明主机部分横向结构示意图。
21.图中附图标记表示为：1
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油源；2
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供油管；3
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电控操作台；4
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油分配器；5
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出油管；6
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试验台座；7
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试样；8
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可拆卸液压缸；101
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油箱；102
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油泵；103
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抽油装置；104
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连接管；41
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水平伺服阀；42
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垂直伺服阀；43
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三位三通电磁换向阀；44
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竖向压缩阀；61
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安装环；62
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液压缸；621
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安装底座；622
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缸体；623
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挤压块；624
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保护垫。
具体实施方式
22.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。
23.立井井壁承载试验装置，包括油源1，油源1的一侧固定连接有供油管2，油源1的一侧固定连接有第一连接线，第一连接线的另一端固定连接有电控操作台3，电控操作台3的一侧固定连接有第二连接线，供油管2与第二连接线的另一端均固定连接有油分配器4，油分配器4的一侧固定连接有出油管5，出油管5的另一端固定连接有试验台座6，试验台座6的中心位置安装有试样7。
24.立井井壁承载试验装置，试验台座6包括安装环61，安装环61的内表面固定连接有液压缸62，液压缸62沿安装环61的轴线固定连接有三层，每层液压缸62为十二个并且沿安装环61的径向均匀分布，液压缸62包括安装底座621，安装底座621的一侧固定连接有缸体622，缸体622的顶端固定连接有挤压块623，挤压块623的数量为两个，两个挤压块623的一
侧均固定连接有保护垫624。
25.如图1，本试验台可完成试样的均匀加载和不均匀加载，如图5，本实验台在垂直距离上又分为三层，每一层12个液压缸62和其它层之间可以为相同的加载力，也可以是不同的加载力，这样就可以组合出4种的不同加载方式，能够有效的模拟井壁在地下随着深度不断地增加四周围压发生变化的真实受力情况，在井壁的垂直向，还有12个可拆卸液压缸8，可以模拟坑道不水平时，井壁和井壁之间的作用力，这样就能将井壁现实环境下的受力状态有效的进行仿真模拟，让人们在试验室中完成不同材料井壁的力学性能研究。
26.立井井壁承载试验装置，油分配器4包括高压进油管，高压进油管的一端固定连接有水平伺服阀41，水平伺服阀41的数量为三个，高压进油管的一端固定连接有垂直伺服阀42，垂直伺服阀42的数量为四个，水平伺服阀41、垂直伺服阀42的一侧均固定连接有第一输油管，第一输油管的另一端固定连接有三位三通电磁换向阀43，三位三通电磁换向阀43通过出油管5与液压缸62相连接，高压进油管的一端固定连接有竖向压缩阀44，竖向压缩阀44通过出油管5固定连接有可拆卸液压缸8，可拆卸液压缸8的数量为十二个。
27.立井井壁承载试验装置，油源1包括油箱101，油箱101的内部开设有储油腔，油箱101的内部开设有油泵腔，油泵腔的内部固定连接有油泵102，油箱101的内部固定连接有抽油装置103，油泵102与抽油装置103通过连接管104相连接，油箱101的内部开设有加油口，油箱101的内部开设有放油口，油箱101的外表面固定连接有油表箱。
28.立井井壁承载试验装置，电控操作台3的外表面固定连接有显示屏，电控操作台3的上表面设置有放置台。
29.立井井壁承载实验方法，其特征在于，包括如下步骤：
30.步骤a：将试样7安装在试验台座6上；
31.步骤b：开启油源1，液压油通过油分配器4流向试验台座6；
32.步骤c：试验台座6向试样7施加压力，记录试样7承压数据。
33.工作原理：如图2，本试验系统主要由试验台座6、油分配器4、电控操作台3和油源1组成。而液压缸62的4种不同类型的加载方式也是主要是由油分配器4和电控操作台3完成，如图3和图4，每个液压缸62前有两个三位三通的电磁换向阀43，这两个三位三通电磁换向阀43由同一个开关控制，同步动作，当开关打到左端时，两阀同时接通上腔，通向阀下部的油管被截断，通向阀上部的油管被接通，于是垂直伺服阀42从油路中断开，水平伺服阀41从油路中与各自控制油缸接通，实现了油缸的每层之间不等力加载，模拟了矿井深度变化围压的不同状态，当开关打到右端时，两阀同时接通下腔，通向阀上部的油管被截断，通向阀下部的油管被接通，于是水平伺服阀41从油路中与各自控制液压缸62断开，垂直伺服阀42从油路中接通，这样便实现了液压缸62对井壁围压的不均匀加载，模拟了矿井中地质密度不同，四周围压不同的状态，由于开关不接通时，阀回复中位，而阀的中位是o型截止结构，所以还可以实现在实验过程中某个或某几个液压缸62不加载的状况。
34.在试验过程中，每个液压缸62前端的载荷传感器能有效的测量和反馈液压缸62输出的力值，井壁试样7上贴有形变电阻应变片来测量试样的形变，通过电脑便能准确的获得试样力学性能。
35.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或
变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。