一種煤礦覆巖破斷預(yù)測實驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及煤礦開采技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煤礦覆巖破斷預(yù)測實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]巖石是一種非均質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，內(nèi)部節(jié)理裂隙隨機分布，當(dāng)受外部作用時，巖石內(nèi)部的裂隙經(jīng)歷閉合、擴展和貫通過程，當(dāng)超過一定強度極限時就會發(fā)生失穩(wěn)破壞。在煤層覆巖破斷理論方面，主要有“砌體梁”理論、“傳遞巖梁”理論、“壓力拱”假說、“懸臂梁”假說、“鉸接巖梁”假說等，以上理論或假說對上覆巖層的破斷和失穩(wěn)特征進行了描述，但以上思想均沒有考慮巖層變形所蓄積的能量對巖層破斷的影響。固體屈服或破壞都必須克服保持物體固有形狀及物體強度的分子力，就必須消耗能量，因此，能量是物理反應(yīng)的本質(zhì)特征。許多學(xué)者從能量的角度分析并給出了巖體的破壞準(zhǔn)則和判據(jù)，但都沒有直接地研究巖體開挖過程中能量的聚集和分布特征。另外，鑒于巖層破斷時會產(chǎn)生瞬時彈性波、并對工作面液壓支架產(chǎn)生動載荷的實際，收集上覆巖層破斷時產(chǎn)生的多種信息，并通過信息融合與處理，對于監(jiān)測和預(yù)測上覆巖層破斷位置、發(fā)生的時間、產(chǎn)生的影響等具有重要的意義。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]為了能夠用于研究煤礦工作面上覆巖層自開切眼推進過程中頂板巖層的能量聚積過程、沿工作面的分布特征、頂板破斷時的能量釋放過程以及來壓時的支架載荷變化，同時能夠直觀地看到頂板破斷前夕的能量分布狀態(tài)，本實用新型的實施例提供了一種煤礦覆巖破斷預(yù)測實驗裝置，包括實驗平臺、應(yīng)力補償系統(tǒng)、熱紅外成像系統(tǒng)、聲發(fā)射系統(tǒng)、液壓支架載荷監(jiān)測系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)信息采集和處理系統(tǒng)；所述實驗平臺用于承載所述實驗材料；所述應(yīng)力補償系統(tǒng)用于為所述實驗平臺提供應(yīng)力補償加載；所述熱紅外成像系統(tǒng)用于監(jiān)測工作面上覆巖層推進和破斷過程中的能量聚集和釋放，用以確定覆巖破斷位置和發(fā)生時間；所述聲發(fā)射系統(tǒng)用于接收覆巖在加載過程中突然破斷產(chǎn)生的瞬時彈性波；所述液壓支架載荷監(jiān)測系統(tǒng)布置在采煤工作面，用于實現(xiàn)隨著工作面開挖逐步推進，監(jiān)測覆巖破斷時對液壓支架形成的動載荷，測量覆巖破斷時液壓支架活柱的下縮量；所述數(shù)據(jù)信息采集和處理系統(tǒng)用于融合熱紅外成像系統(tǒng)、聲發(fā)射系統(tǒng)、液壓支架載荷監(jiān)測系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進行融合與分析，對覆巖破斷發(fā)生時間、位置和強度進行監(jiān)測和預(yù)測。
[0004]進一步地，所述實驗平臺包括底座、頂梁、底梁、立柱、背板、軸和角度調(diào)節(jié)液壓缸；所述立柱的兩端分別連接所述頂梁和所述底梁；所述背板設(shè)在所述立柱與所述頂梁和所述底梁的連接處；所述底梁通過軸連接所述底座；所述立柱通過角度調(diào)節(jié)液壓缸連接所述底座。
[0005]進一步地，所述應(yīng)力補償系統(tǒng)包含數(shù)個大行程液壓缸、游動加載梁、數(shù)個小行程液壓缸、數(shù)個加載應(yīng)力轉(zhuǎn)換板、恒壓供液栗站、供液控制系統(tǒng)、壓力監(jiān)測系統(tǒng)和液壓油管；所述數(shù)個大行程液壓缸均勻分布固定在所述頂梁上；所述游動加載梁連接所述大行程液壓缸底部；所述數(shù)個小行程液壓缸固定在所述游動加載梁底部；所述數(shù)個加載應(yīng)力轉(zhuǎn)換板分別設(shè)在所述數(shù)個小行程液壓缸的底部；所述恒壓供液栗站通過液壓油管分別連接所述數(shù)個大行程液壓缸和所述數(shù)個小行程液壓缸；所述壓力監(jiān)測系統(tǒng)將壓力變送器分別用三通連接在供液栗站出油管路上；所述供液控制系統(tǒng)電連接所述恒壓供液栗站。
[0006]進一步地，所述熱紅外成像系統(tǒng)包括熱紅外成像儀和紅外圖像處理系統(tǒng)；所述紅外圖像處理系統(tǒng)電連接所述紅外成像儀。
[0007]進一步地，所述聲發(fā)射系統(tǒng)包含聲發(fā)射儀和處理系統(tǒng)，所述聲發(fā)射儀電連接所述處理系統(tǒng)；所述處理系統(tǒng)包含聲發(fā)射傳感器、放大器、數(shù)據(jù)采集卡和處理器；所述聲發(fā)射傳感器設(shè)置在模擬實驗工作面覆巖中；所述處理器分別電連接所述聲發(fā)射傳感器、所述放大器和所述數(shù)據(jù)采集卡。
[0008]進一步地，所述液壓支架載荷監(jiān)測系統(tǒng)包括液壓支架和液壓支架載荷監(jiān)測裝置；所述液壓支架載荷監(jiān)測裝置設(shè)在所述液壓支架上；所述液壓支架載荷監(jiān)測系統(tǒng)包含荷載傳感器、位移計、數(shù)據(jù)采集卡及處理器；所述處理器分別與所述傳感器、所述位移計和所述數(shù)據(jù)采集卡電連接。
[0009]進一步地，所述數(shù)據(jù)信息采集和處理系統(tǒng)包括綜合數(shù)據(jù)采集卡和綜合數(shù)據(jù)處理器；所述綜合數(shù)據(jù)處理器電連接所述綜合數(shù)據(jù)采集卡；所述綜合數(shù)據(jù)采集卡信號連接所述紅外成像系統(tǒng)、聲發(fā)射系統(tǒng)和所述液壓支架載荷監(jiān)測系統(tǒng)。
[0010]由上述本實用新型的實施例提供的技術(shù)方案可以看出，本實用新型實施例通過設(shè)置實驗平臺能夠?qū)崟r監(jiān)測工作面推進過程中頂板能量的聚積過程以及破斷時的能量分布狀態(tài)、支架工作阻力、煤層及頂板應(yīng)力變化；通過數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)可以在實驗結(jié)束后得到支架載荷及煤、巖層中的應(yīng)力變化監(jiān)測數(shù)據(jù)；經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對上述信息進行處理對比，結(jié)合頂?shù)装鍘r性及支架作用狀態(tài)等基礎(chǔ)參數(shù)對堅硬巖層破斷前兆進行預(yù)測，確定頂板載荷的估算方法，提高采高采場圍巖控制技術(shù)水平。
[0011]本實用新型附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。
【附圖說明】
[0012]為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0013]圖1是本實用新型實施例一種煤礦覆巖破斷預(yù)測實驗裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖2是本實用新型實施例一種煤礦覆巖破斷預(yù)測實驗裝置的實驗平臺結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖3是本實用新型實施例一種煤礦覆巖破斷預(yù)測實驗裝置的應(yīng)力補償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4是本實用新型實施例一種煤礦覆巖破斷預(yù)測實驗裝置的熱紅外成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖5是本實用新型實施例一種煤礦覆巖破斷預(yù)測實驗裝置的聲發(fā)射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖6是本實用新型實施例一種煤礦覆巖破斷預(yù)測實驗裝置的數(shù)據(jù)信息采集和處理系統(tǒng)的示意結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0019]下面詳細描述本實用新型的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。
[0020]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個”、“所述”和“該”也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進一步理解的是，本實用新型的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個或更多個相關(guān)聯(lián)的列出項的任一單元和全部組合。
[0021]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本實用新型所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0022]為便于對本實用新型實施例的理解，下面將結(jié)合附圖以幾個具體實施例為例做進一步的解釋說明，且各個實施例并不構(gòu)成對本實用新型實施例的限定。
[0023]實施例一
[0024]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本實用新型實施例設(shè)計了一種煤礦覆巖破斷預(yù)測實驗裝置，如圖1至圖6所示，包括實驗平臺1、應(yīng)力補償系統(tǒng)2、熱