[发明专利]一种煤矿井下充填材料力学性能测试方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿井下条带式充填开采工艺中充填材料的力学性能测试方法和测试装置，适用于煤矿采空区条带式充填墙体和沿空留巷护巷充填墙体的力学性能测试。

背景技术

在煤矿生产过程中，为了解决“三下”压煤、控制开采造成的地面沉陷、回收煤矿开采过程中留设的煤柱，常采用充填开采的方法，由于充填材料来源匮乏，限制了煤矿充填开采技术的应用，为了减少充填材料的用量和降低充填成本，条带式充填开采是最有应用前景的方式。

在充填过程中为了监测充填材料对顶板的支撑效果和采空区岩层沉降情况，目前主要的手段是在充填材料中设置压力传感器和位移传感器，成本较高。而且对于条带式充填墙体，当顶板发生移动，其受到的载荷方向也发生了变化，原来留设的传感器获得的数据难免有所偏差；当条带式充填墙体建立之后，对充填材料的力学性能监测只能通过钻心取样的方法进行测试，方法繁琐，工作量大；当充填材料配比确定之后，在实验室模拟条带式充填墙体的受力条件、对充填材料的力学性能进行测试的工作实用意义较大。

发明内容

（1）发明目的

本发明煤矿井下充填材料力学性能测试装置结构紧凑、操作简单、易于维护、使用可靠；测试方法简单可信，在煤矿采空区条带式充填墙体和沿空留巷护巷充填墙体的力学性能测试方面具有广泛的实用性。

（2）技术方案

本发明一种煤矿井下充填材料力学性能测试方法和装置，包括煤矿井下充填材料力学性能测试方法和煤矿井下充填材料力学性能测试装置。

煤矿井下充填材料力学性能测试装置分为两部分：上夹具和下夹具，上、下夹具相同，位置可以互换，交错安装可以组合形成万向节。上下夹具都由内衬板和外衬板组成，内、外衬板上设有四个通孔，通过螺栓连接，通过调节螺栓可以调节内外衬板平面之间的夹角，外衬板上设有突台，突台上装有可以转动的连杆。

煤矿井下充填材料力学性能测试方法其特征在于：上下夹具交错安装组合形成一个万向节，煤矿井下充填材料根据配料比制备成试样，试样模拟煤矿井下充填墙体的几何结构，把试样放到万向节中间，沿着上、下夹具的连杆施加一个轴向拉力，轴向拉力通过煤矿井下充填材料力学性能测试装置转换为对充填材料试样的压力。通过调节夹具内、外衬板的连接螺栓，可以控制内外衬板之间的交角，使作用在试样上的压力呈现不同的方向，用以模拟煤矿井下各种顶板状况对充填墙体的作用力；通过测试上、下夹具内衬板之间距离，并与初始距离进行比较，可以得到试样的形变大小，模拟计算煤矿井下充填墙体在顶板作用力下被压缩后造成顶板的沉降量；通过测量作用在连杆上的拉力，模拟计算充填墙体所受的压应力；通过计算加载作用力的时间，可以模拟计算充填墙体在不同龄期的抗压强度、形变。

（3）技术效果

本发明一种煤矿井下充填材料力学性能测试方法和装置，适用于煤矿采空区条带式充填墙体和沿空留巷护巷充填墙体的力学性能测试。当充填材料配比确定之后，在实验室可以模拟充填墙体受顶板作用力的大小和方向，对充填材料的力学性能进行测试。该测试装置结构紧凑、操作简单、易于维护、使用可靠，测试方法简单可信，在煤矿采空区条带式充填墙体和沿空留巷护巷充填墙体的力学性能测试方面具有广泛的实用性。

附图说明

附图1是本发明测试装置三维示意图。

附图2是本发明测试装置上夹具三维示意图。

附图3是本发明测试装置下夹具三维示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步说明，但本发明不限于此实施例。

（1）    实施例1

煤矿井下充填材料力学性能测试装置分为两部分：上夹具和下夹具，上、下夹具相同，位置可以互换，交错安装可以组合形成万向节。上下夹具都由内衬板4和外衬板2组成。内衬板4、外衬板2上设有四个通孔，通过螺栓3连接，通过调节螺栓3可以调节内衬板4、外衬板2平面之间的夹角，外衬板上设有突台，突台上装有可以转动的连杆1。

根据煤矿井下充填材料的配比制备充填材料，根据煤矿井下充填墙体设计的几何尺寸，等比例制备测试试样，把测试试样放置到煤矿井下充填材料力学性能测试装置所构成的万向节中，调节上下夹具的连接螺栓3，使上、下夹具的内衬板4平面保持一定的角度，模拟煤矿井下不同顶板条件与充填墙体的相对位置。通过测试装置的连杆1给予煤矿井下充填材料力学性能测试装置一个作用于连杆轴向的拉力，拉力通过测试装置转换为对充填材料试样的压力。通过测试上、下夹具内衬板之间距离，并与初始距离进行比较，可以得到充填材料的形变大小，模拟计算煤矿井下充填材料在顶板作用力下被压缩后造成顶板的沉降量；通过测量作用在连杆上的拉力，模拟计算充填材料所受的压应力；通过计算加载作用力的时间，可以模拟计算充填材料在不同龄期的抗压强度、形变。通过在实验对充填材料试样力学性能的测试模拟煤矿采空区条带式充填墙体和沿空留巷护巷充填墙体的力学性能。