[发明专利]冲击荷载下采空区阻力系数测试装置及方法

权利要求书

1.冲击荷载下采空区粘性阻力系数与惯性阻力系数测试装置，其特征在于：其包括实验管和风管，实验管的一端与风管的另一端通过法兰盘连接，实验管的另一端内壁滑动设有压板，压板的内侧与实验管一端的法兰盘之间的实验管内填充有具有一定粒径的矸石，压板的相对外侧连接有一带刻度的推杆，推杆由一液压机驱动，压板在推杆带动下沿实验管轴向方向来回运动以改变矸石间空隙形成不同孔隙率的多孔介质，实验管对应矸石的上方设有向实验管施加冲击力的冲击加载装置，实验管上安装有压差计，压差计的两个探针对应设置在矸石填充区的两端，风管的一端分别连接有风机和真空泵，风管上分别安装有风速表和真空表，风速表探测风管内的风速，真空表探测风管的真空度，冲击加载装置、压差计、风速表和真空表均与一信号采集仪连接。

2.根据权利要求1所述的冲击荷载下采空区粘性阻力系数与惯性阻力系数测试装置，其特征在于：所述实验管的一端设有实验管法兰盘，风管的另一端设有风管法兰盘，实验管法兰盘和风管法兰盘连接配合；所述压差计的一个探针放置在压板的外侧，压差计的另一个探针放置在风管靠近风管法兰盘一侧。

3.根据权利要求1所述的冲击荷载下采空区粘性阻力系数与惯性阻力系数测试装置，其特征在于：所述压差计、风速表、真空表、风机和真空泵的接入口均设有控制阀门。

4.根据权利要求1所述的冲击荷载下采空区粘性阻力系数与惯性阻力系数测试装置，其特征在于：所述压板上均匀开有圆孔，圆孔直径小于所选矸石尺寸。

5.根据权利要求1所述的冲击荷载下采空区粘性阻力系数与惯性阻力系数测试装置，其特征在于：所述冲击加载装置包括重锤、定滑轮、钢丝绳、旋转凸轮和电机，重锤设在钢丝绳的一端，钢丝绳的另一端穿过固定在上方的定滑轮与旋转凸轮，旋转凸轮固定安装在电机的输出轴，旋转凸轮在电机带动下匀速转动带动重锤周期性的升降。

6.根据权利要求1所述的冲击荷载下采空区粘性阻力系数与惯性阻力系数测试装置，其特征在于：所述风管的一端通过一连接管分别连接风机和真空泵，连接管为三通连接管，连接管采用PVC材料成型。

7.根据权利要求1所述的冲击荷载下采空区粘性阻力系数与惯性阻力系数测试装置，其特征在于：所述实验管和风道安装固定在多个支柱上。

8.根据权利要求1所述的冲击荷载下采空区粘性阻力系数与惯性阻力系数测试装置，其特征在于：所述实验管的横截面为正方形，实验管对应冲击加载装置的顶面采用橡胶成型，且顶面对应矸石填充区等距开设有一定数量的圆孔，圆孔用于安装压差计以便在不同孔隙率的条件下压差计的探针均能设置于压板外侧，实验管的另外三面均采用钢板成型。

9.根据权利要求8所述的冲击荷载下采空区粘性阻力系数与惯性阻力系数测试装置，其特征在于：其还包括用于气密实验的橡胶塞和密封板，所述密封板在气密性测试时替换压板封住实验管的另一端，橡胶塞在气密性测试时封堵实验管上的多余的圆孔。

10.冲击荷载下采空区粘性阻力系数与惯性阻力系数测试装置的测试方法，利用权利要求1至9任一所述的冲击荷载下采空区粘性阻力系数与惯性阻力系数测试装置进行，其特征在于：方法包括以下步骤：

步骤1，组装测试装置并将实验管多余的圆孔用橡胶塞封住，实验管另一端用密封板进行封堵，所有控制阀门处于关闭状态；

步骤2，进行气密性测试：打开真空泵阀门、真空表阀门，再利用真空泵对管道进行抽真空，使真空表示数小于-0.09MPa；

步骤3，观察一个小时内真空表示数；

当一小时内真空表的示数不发生变化，则测试装置密封性良好并执行步骤4；

当一小时内真空表的示数变化很大或示数回到0，则测试装置密封性很差并执行步骤1；

步骤4，进行初始风阻测试：拆下密封板，关闭真空表阀门、真空泵阀门，打开风机阀门，将压板放入实验管一定深度，将压差计两端分别安装在压板外侧以及风管靠近风管法兰盘一侧，并将压差计、风速表连接到信息采集仪上；然后打开风机并调节风机转速，测试不同风速条件下系统自身的阻力，记作∆Pi，i表示不同的风速；

步骤5，进行工作风阻测试：卸下实验管上的压差计探头，再将压杆退出，在实验管内放入矸石，再将压杆推进实验管，使矸石形成不同孔隙率的多孔介质，再将压差计探头安装在压板后边，再将冲击加载装置启动，对实验管施加周期性的冲击，测试一定孔隙率条件下不同风速条件下的压差，记作∆Pij，i表示不同的风速，j表示不同的孔隙率，∆Pij-∆Pi即表示多孔介质实际的压差损失，

步骤6，通过压差与风速的拟合关系式算出粘性阻力系数、惯性阻力系数，并结束实验，将压差计、风速表、真空泵卸下，再将压杆退出，将实验管内的矸石倾倒出来，对设备进行整理。