[发明专利]一种测试动、静载条件下岩层层间剪切滑移效应实验装置及实验方法

权利要求书

1.一种测试动、静载条件下岩层层间剪切滑移效应实验装置，其特征在于：包括实验箱(1)，实验箱(1)内设有岩块模型(3)，岩块模型(3)中设有监测点(4)；实验箱(1)的顶板内壁通过滑轨安装有上部压力施加组件，实验箱(1)一侧板通过滑轨安装有侧向压力施加组件，所述的上部压力施加组件和侧向压力施加组件朝岩块模型(3)方向安装；实验箱(1)另一侧板内壁设有右侧挡板(10)，所述右侧挡板(10)位置与岩块模型(3)侧面位置对应。

2.根据权利要求1所述的一种测试动、静载条件下岩层层间剪切滑移效应实验装置，其特征在于：所述的岩块模型(3)与实验箱(1)底板之间，设有可注水的均压水囊(11)；右侧挡板(10)上设有注水口，水管一端连接均压水囊(11)，另一端穿过注水口与外部水泵连接。

3.根据权利要求1所述的一种测试动、静载条件下岩层层间剪切滑移效应实验装置，其特征在于：所述的岩块模型(3)与实验箱(1)底板之间，设有千斤顶(9)和水平滑块(8)。

4.根据权利要求1所述的一种测试动、静载条件下岩层层间剪切滑移效应实验装置，其特征在于：所述的岩块模型(3)是由花岗岩、沉积岩、粉砂岩和中砂岩依次层叠组成的。

5.根据权利要求1所述的一种测试动、静载条件下岩层层间剪切滑移效应实验装置，其特征在于：所述的上部压力施加组件为三个可沿水平方向滑轨移动的施压体，所述的侧向压力施加组件为一个可沿竖直方向滑轨移动的施压体。

6.根据权利要求5所述的一种测试动、静载条件下岩层层间剪切滑移效应实验装置，其特征在于：所述的施压体是由油缸底座(6-1)、静载油缸机构(6-2)和动载油缸机构(6-3)组成的静载动载并联油缸(6)；所述的静载油缸机构(6-2)安装在油缸底座(6-1)中，能够沿其伸出方向伸缩运动，所述的动载油缸机构(6-3)安装在静载油缸机构(6-2)的中心位置，动载油缸机构(6-3)顶部漏出于静载油缸机构(6-2)，动载油缸机构(6-3)能够沿及伸出方向伸缩运动。

7.根据权利要求1所述的一种测试动、静载条件下岩层层间剪切滑移效应实验装置，其特征在于：所述的施压体与岩块模型(3)之间设有刚性垫板(2)。

8.利用权利要求1-7中任意一项所述的测试动、静载条件下岩层层间剪切滑移效应实验装置进行实验的方法，其特征在于，其步骤为：

1、实验准备：

1.1实验开始前需先根据实验条件组装固定试验箱，检查实验装置；

1.2测试滑轨是否能够满足阻力较小的自由滑动；

1.3安装上方和左侧的静载油缸机构，动载油缸机构并联油缸，保证油缸可在滑轨上移动，通过油缸的移动或者移除实现对岩块模型不同位置进行动态或者静态施压，进而观察不同受力条件下层间的剪切滑移效应；左侧油缸可对岩块施压，同时利用a、b、c三块右侧挡板分别对不同岩层提供侧向固定支撑；

1.4根据矿井煤层条件和试验箱尺寸确定岩块模型尺寸，并将处理好的岩块模型放置在支撑结构上；

1.5安装右侧带孔的挡板，挡板可上下移动，对岩块模型所需位置提供支撑，也可用来固定均压水囊的压板；

1.6在监测点位置安装监测元件包括应变砖、位移传感器及高速摄像机，此时的监测机构可根据具体情况进行调整；

2、实验过程：

2.1当进行岩层层间剪切滑移效应无采空区积水影响的实验时：开采进度可以通过调节岩块模型下方的水平滑块进行调节；

2.1.1当模拟井下煤层没有被开采时，此时两个水平滑块摆放在两端，千斤顶(9)放在中间，为模拟煤层对上方岩石的支撑，调整好之后，左侧油缸分别提供静载和动载条件，对不同位置的岩块进行实验，相对应的右边的挡板对没有进行施压的岩块进行侧向的支撑，左侧油缸施加动载时上方的三个油缸同时对岩块施加静载，此时侧向的动载施压模拟开采的侧向扰动，上方的静载模拟静态条件下的上覆岩层压力，此时用监测机构如数字散斑，位移传感器，压力传感器监测设备进行数据采集，分析此条件下层间的剪切滑移效应；如果此时位移传感器监测的结果显示，当侧向扰动在从上至下第二块岩块位移数据比其他的岩块位移数据变化大，则表示此时的动静载压力条件下第二块更容易发生滑移现象；

2.1.2当模拟中间位置瞬间被采空的条件下，此时水平滑块位置和上面摆放情况一致，此时需要在左侧和上方都加压且稳定的条件下撤去支撑在下方的千斤顶，此时观察监测数据，分析岩层层间的剪切滑移效应；当想模拟不同位置被采空时可以通过调节水平滑块位置进行调节，当想模拟位置瞬间被采空状态，调节千斤顶和水平滑块的位置，通过在稳定施压条件下移除千斤顶，再用监测设备进行数据采集，从而分析动静载岩层层间的剪切滑移效应；

2.2当进行岩层层间剪切滑移效应有采空区积水影响的实验时：利用可调水泵对均压水囊充水模拟采空区积水，当想模拟采空区积水渗入到深部煤层时，撤去均压水囊，直接将水流引入水平滑块、压板和前后两侧玻璃挡板形成的密闭空间即可，实现水压影响和岩层浸泡两种条件下的岩层层间滑移效应研究，其中模拟动载施压条件以及监测机构和无采空区积水调节相似，下方的支撑结构在与水接触的部分用水平滑块来提供支撑。

3、实验分析：通过数据采集系统将数字散斑或位移传感器监测的数据进行研究分析，测试煤层开采中静态地应力、上覆岩层压力、开采扰动对岩层层间滑移效应的影响，为煤矿实际工程当中提供理论依据。