专利名称：一种模拟充填体支撑矿柱力学作用过程的试验装置的制作方法
技术领域：
本实 用新型涉及模拟夹具，用于矿山充填体与围岩相互作用的试验，特别是涉及一种模拟充填体支撑矿柱力学作用过程的试验装置。
背景技术：
近年来，随着国家环保要求的进一步提高以及金属价格的逐步攀升，各大矿山为了保护矿区地表不发生大的变形和充分回收资源，充填采矿法得到了越来越广泛的应用， 与此同时，各种不同性质的充填料层出不穷，例如干式充填、水砂充填、废石充填、全尾砂充填、膏体充填等。如何确定合适的充填体强度以保证地表建筑物和其他设施安全？充填体支撑矿柱的作用机理如何？ 一直没有确切的研究答案，这使充填法在应用过程中缺少了充分的理论依据，一定程度上限制了充填采矿法的大规模应用。对充填体强度如何确定，充填体是如何支撑采场围岩以维护采场稳定的，一个多世纪以来，国内外学者采取数学方法、现场实测法、物理相似模拟、数值模拟等方法展开了广泛的研究，得到了许多有价值意义的认识和理论。其中物理模拟是现今学者常采用的探讨和研究充填体与围岩相互作用关系的方法。但总的来看，诸如此类试验方法在模拟和还原现场过程中，有的操作过于繁琐，有的没有更真实的还原和模拟现�。蛘吆雎粤四承┲匾蛩兀缑挥锌悸堑匠涮钐宄淙氩沙≈校崴孀盼а业氖樟脖湫我贫顾醣湫�。
发明内容本实用新型的目的是提供一种简易试验装置模拟矿山充填体与围岩的相互作用， 该装置是基于充填体与围岩相互作用关系探讨目的而设计研发的，致力于分析和揭示充填体支撑矿柱作用机理以及支撑作用过程中充填体自身破坏机理。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是，一种模拟充填体支撑矿柱力学作用过程的试验装置，包括夹具、敏感元件、充填体和矿柱试块，所述夹具由夹板、螺栓、螺母、侧夹板、定位装置和垫板组成，矿柱试块二侧装有充填体，充填体外侧装有夹板，二夹板均设有相对应的通孔，螺栓穿过夹板通孔与螺母紧固连接，侧夹板安装于矿柱试块两侧，并通过定位装置定位，螺栓和充填体上均装有敏感元件，矿柱试块的一侧表面装有垫板。所述定位装置是定位螺钉穿过螺栓上的定位螺孔固定侧夹板。所述定位装置是两螺栓间横装有一定位板，并在定位板上装有定位螺钉。所述夹板厚度为IOmm 16mm的钢板。所述敏感元件是应变片或力学传感器。本实用新型的优点是1)创造性的采用螺栓和螺帽约束控制夹板产生横向位移挤压充填体试块以模拟现场围岩收敛移动进而压缩充填体的方式，形象的模拟了现场中围岩向充填体方向的收敛变形移动压缩充填体，通过调节螺栓和螺帽，可以轻松实现不同横向位移约束条件下充填体对矿柱体支撑作用差异，也就是考虑到了现场围岩收敛变形程度对充填体支撑矿柱作用的影响；2)通过粘贴在夹具螺栓上应变片，使每一根螺栓在试验过程中形成了一根简易力学传感器，可以方便的监测到各试验方案中螺栓上的拉应力大�。从α顺涮钐逵肟笾涞淖饔昧τ敕醋饔昧Γ卜从α瞬煌慷瘸涮钐逯С趴笾牧ρТ葑饔眯Ч�3)通过粘贴在 充填体上的应变片，可以直观的反应各试验方案中充填体支撑矿柱作用过程中自身的变形破坏情况，以揭示充填体支撑矿柱作用过程中自身变形破坏机理。采用本实用新型，可以进行多方案的模拟，可以量化不同强度充填体支撑作用下矿柱的达到破坏时的峰值强度及直观反应充填体自身变形破坏情况，同时考虑到并模拟围岩收敛变形移动对充填体压缩情况，较之其他试验装置，具有可操作方便简单、同时进行多方案模拟等优点，结合现场试验和数值模拟分析等手段，可为充填工艺设计、充填体强度确定提供科学依据。
图1是本实用新型的装置安装示意图图2是图1的A向示意图图中1-夹具，11-夹板，12-螺栓，13-螺母，14-侧夹板，15-定位装置，16-垫板， 2-敏感元件，3-充填体，4-矿柱试块，5-定位螺孔。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，参见图1至图2，一种模拟充填体支撑矿柱力学作用过程的试验装置，包括夹具1、敏感元件2、充填体3和矿柱试块4， 所述夹具1由夹板11、螺栓12、螺母13、侧夹板14、定位装置15和垫板16组成，矿柱试块4 二侧装有充填体3，充填体3外侧装有夹板11，二夹板11均设有相对应的通孔，螺栓12穿过夹板11通孔与螺母13紧固连接，侧夹板14安装于矿柱试块4两侧，并通过定位装置15 定位，螺栓12和充填体3上均装有敏感元件2，矿柱试块4的一侧表面装有垫板16。所述定位装置15是定位螺钉穿过螺栓12上的定位螺孔5固定侧夹板14。所述定位装置15是两螺栓12间横装有一定位板，定位板上装有定位螺钉。所述夹板11厚度为IOmm 16mm的钢板。所述敏感元件2是应变片或力学传感器。实施例一种模拟充填体支撑矿柱力学作用过程的试验装置，包括夹具1、敏感元件2、充填体3和矿柱试块4，所述夹具1由夹板11、螺栓12、螺母13、侧夹板14、定位装置15和垫板16组成，矿柱试块4 二侧装有充填体3，充填体3外侧装有夹板11，二夹板11均设有相对应的通孔，螺栓12穿过夹板11通孔与螺母13紧固连接，侧夹板14安装于矿柱试块4两侧，并通过定位装置15定位，螺栓12和充填体3上均装有敏感元件2，矿柱试块4的一侧表面装有垫板16。定位装置15是定位螺钉穿过螺栓12上的定位螺孔5固定侧夹板14。夹板11厚度为IOmm的钢板。敏感元件2是应变片。采用标准模具制作不同灰砂配比的充填体3及高强度混凝土矿柱试块4，大小均为长X宽X高IOOmmX IOOmmX 100mm，在养护室进行养护，养护龄期均为28天；矿柱试块4为高强度混凝土配料为铁矿碎石、外加剂、尾砂、水泥、水，28天龄期单轴抗压强度均为为50 MPa以上；充填体3为不同灰砂配比的充填体配料为尾砂、水泥、水，试验中采用灰砂比为1:2，1:8, 1:12, 1:16四种不同强度充填体。夹板11、侧夹板14、垫板16均为型号AH32#钢板制作。螺栓12采用的性能为8. 8级的M16螺栓，(根据《机械设计手册》，取弹模E=180GPa)，长度为350mm。另外，试验中夹板11规格为172mmX IOOmmX 10mm、侧夹板14规格为100mmX IOOmmX 10mm、垫板16规格为100mmX IOOmmX 10mm，夹板11均为刚性材料，试验中夹板U弹性模量远大于充填体3试块和矿柱试块4，相差近两个 数量级，因此可假设认为在试验过程中夹板11不会产生变形。矿柱试块4置于二侧夹板14之间，矿柱试块4的另二侧放置充填体3，充填体3外侧装有夹板11，二块夹板11均设有相对应的通孔，螺栓12穿过夹板11通孔与螺母13连接，侧夹板14安装于矿柱试块4两侧，螺栓12 上的设有定位螺孔5，定位螺钉穿过螺栓12上的定位螺孔5约束侧夹板14，在螺栓12和充填体3上均粘贴有应变片，矿柱试块4竖向加载一侧的表面装有垫板16。 本实用新型综合考虑了工程现场情况，具有实现多方案模拟功能，方便简单，操作性强，对充填体支撑矿柱作用过程机理的试验有比较强的实用性，在探讨和研究充填体与围岩作用关系上有一定的借鉴意义。
权利要求1.一种模拟充填体支撑矿柱力学作用过程的试验装置，包括夹具(1)、敏感元件(2)、 充填体(3)和矿柱试块(4)，其特征在于，所述夹具(1)由夹板(11)、螺栓(12)、螺母(13)、 侧夹板(14)、定位装置(15)和垫板(16)组成，矿柱试块(4) 二侧装有充填体(3)，充填体 (3 )外侧装有夹板(11)，二夹板(11)均设有相对应的通孔，螺栓(12 )穿过夹板(11)通孔与螺母(13)紧固连接，侧夹板(14)安装于矿柱试块(4)两侧，并通过定位装置(15)定位，螺栓(12 )和充填体(3 )上均装有敏感元件(2 )，矿柱试块(4 )的一侧表面装有垫板(16 )。
2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述定位装置(15)是定位螺钉穿过螺栓(12 )上的定位螺孔(5 )固定侧夹板(14 )。
3.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述定位装置(15)是两螺栓(12)间横装有一定位板，并在定位板上装有定位螺钉。
4.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述夹板(11)厚度为IOmm—16mm的钢板。
5.根据权利要求1的所述试验装置，其特征在于，所述敏感元件(2)是应变片或力学传感器。
专利摘要本实用新型涉及一种模拟充填体支撑矿柱力学作用过程的试验装置。矿柱试块二侧装有充填体，充填体外侧装有夹板，二夹板均设有相对应的通孔，螺栓穿过夹板通孔与螺母紧固连接，侧夹板安装于矿柱试块两侧，并通过定位装置定位，螺栓和充填体上均装有敏感元件，矿柱试块的一侧表面装有垫板。本实用新型通过两组夹板、螺栓以及螺钉的组合联接，采用预置的各种不同强度充填体试块和高强度混凝土试块分别模拟现场充填体和矿柱，结合在螺栓和充填体上粘贴应变片的试验方法，可以方便的对充填法采矿现场进行模拟并直观反应充填体支撑矿柱作用过程中的试验现象。
文档编号G01N3/00GK202101893SQ20112022200
公开日2012年1月4日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者喻波, 明世祥, 樊忠华 申请人:中国瑞林工程技术有限公司
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