一种煤矿井下充填材料力学性能测试方法和装置

技术领域

本发明涉及一种煤矿开采相关技术领域，具体是一种煤矿井下充填材料力学性能测试方法和装置。

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，所以现在提出了一种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装置，该装置设置有多个下压杆，将条带式充填墙体置于下压杆下部并在条带式充填墙体的下部垫设支撑件，通过下压杆作用于条带式充填墙体来测试条带式充填墙体的力学性能。

虽然这种方式较为简单便捷，但是存在一定的弊端，具体为：其只能对条带式充填墙体的某一区域进行测试，容易发生条带式充填墙体某些区域漏检的现象，使得在条带式充填墙体的实际使用中存在较大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿井下充填材料力学性能测试方法和装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种煤矿井下充填材料力学性能测试方法,包括以下步骤：

步骤一：控制随动组件动作，使之远离一号抵接件，并将待测试的条带式充填墙体置于随动组件与一号抵接件之间，后反向控制随动组件动作，在随动组件以及一号抵接件的作用下，对条带式充填墙体的下端进行夹持；

步骤二：通过调节结构调节弹性施压结构的初始值，以改变挤压辊对待测试条带式充填墙体的压力，并记录在预设压力下挤压辊在空间竖直方向上的位置，记为L1；

步骤三：通过动力组件驱使挤压辊沿待测试条带式充填墙体运动；

步骤四：当挤压辊上升至预设高度后，移动辊轮与待测试条带式充填墙体的另一侧贴合，以对待测试条带式充填墙体进行扶持，同时挤压辊与移动辊轮同步上升，并在上升的过程中，记录挤压辊在空间竖直方向上实时位置，记为S

步骤五：在挤压辊达到最大高度后，计算Sn与L1之间的差值，并完成测试。

一种用于实现如所述的测试方法的煤矿井下充填材料力学性能测试装置，包括：

作业台；

检测机构，设于所述作业台上，包括动力组件以及检测组件，所述检测组件上设置有与条带式充填墙体适配的挤压辊，所述动力组件可驱使所述挤压辊沿空间竖直方向上运动；

其中，所述检测组件包括弹性施压结构以及调节结构，所述调节结构用于调节所述弹性施压结构的初始值，以改变所述挤压辊作用于条带式充填墙体的力度；

随动组件，活动设置在所述作业台上，所述随动组件与固定在所述作业台上的一号抵接件配合，用于对条带式充填墙体进行夹持，所述随动组件上连接有移动辊轮，所述移动辊轮与所述弹性施压机构连接，在所述挤压辊上升至预设高度后，所述移动辊轮与条带式充填墙体贴合，并跟随所述挤压辊同步上升。

作为本发明进一步的方案：所述动力组件包括可拆卸的安装于所述作业台上的导向立板以及滑块，所述滑块滑动于设置在所述导向立板上的导槽内，且所述滑块与设置在所述作业台上的一号气缸连接。

作为本发明再进一步的方案：所述调节结构包括固定安装在所述滑块上的驱动装置，所述驱动装置的输出轴连接设置在所述滑块上的螺纹杆，所述螺纹杆上设置有与之螺纹连接的推送件，所述推送件与固定在所述滑块上的侧板滑动连接；

所述侧板内的圆周内壁上开设有限位槽，设置在所述推送件上的限位块滑动于所述限位槽内。

作为本发明再进一步的方案：所述弹性施压结构包括与所述推送件固定连接的横置板，所述横置板上滑动设置有多个连杆，所述连杆的一端设置有限位盘，另一端贯穿所述横置板并连接有安装架，所述安装架与所述挤压辊转动连接，且所述安装架上设置有用于检测所述安装架与所述横置板之间距离的距离传感器；

所述连杆上还套设有弹簧，所述弹簧的一端与所述安装架连接，另一端与所述横置板连接。

作为本发明再进一步的方案：所述随动组件包括开设在所述作业台上的滑槽以及设置在所述滑槽内的调节板，所述调节板与设置在所述作业台上的二号气缸连接，且所述调节板上对称安装有两个导向件，所述移动辊轮的两端固定设置在所述导向件上；

所述调节板上固定有与所述一号抵接件适配的二号抵接件。

作为本发明再进一步的方案：所述导向件上设置有一个竖直槽体以及一个倾斜槽体，所述竖直槽体与倾斜槽体光滑连接，且所述竖直槽体与倾斜槽体形成导向槽，所述移动辊轮的转轴滑动设置在所述导向槽内。

作为本发明再进一步的方案：所述移动辊轮的转轴通过两组伸缩套件连接所述横置板，所述伸缩套件包括与所述横置板固定连接的升降套板以及滑动套设在所述升降套板内的伸缩套杆，所述伸缩套杆与所述移动辊轮的转轴连接；

所述升降套板与所述伸缩套杆可嵌入设置在所述作业台上的容滞槽内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

在使用时，通过设置的随动组件与一号抵接件配合，可实现对带式充填墙体下端部的固定，同时在挤压管以及移动辊轮的作用下，可实现对带式充填墙体每段位置的力学性能进行测试，可有效避免漏检现象的发生，提高测试结果的准确性，并使测试结果更具有代表性；

通过设置的弹性施压结构以及调节结构，使得本装置可适用于不同规格厚度的带式充填墙体，进而提高本装置在实际使用过程中的适用性。

附图说明

图1为煤矿井下充填材料力学性能测试装置一种实施例的结构示意图。

图2为煤矿井下充填材料力学性能测试方法和装置一种实施例中又一角度的结构示意图。

图3为煤矿井下充填材料力学性能测试装置一种实施例中另一角度的结构示意图。

图4为煤矿井下充填材料力学性能测试装置一种实施例中调节结构的结构示意图。

图5为煤矿井下充填材料力学性能测试装置一种实施例中弹性施压结构的结构示意图。

图6为煤矿井下充填材料力学性能测试装置一种实施例中随动组件的部分结构示意图。

图7为图6中A处的结构放大示意图。

图8为煤矿井下充填材料力学性能测试装置一种实施例中导向件的结构示意图。

图中：1、作业台；2、导向立板；3、导槽；4、滑块；5、一号气缸；6、驱动装置；7、螺纹杆；8、推送件；9、限位块；10、限位槽；11、侧板；12、横置板；13、连杆；14、安装架；15、挤压辊；16、弹簧；17、限位盘；18、距离传感器；19、升降套板；20、伸缩套杆；21、移动辊轮；22、容滞槽；23、导向件；24、竖直槽体；25、倾斜槽体；26、调节板；27、一号抵接件；28、滑槽；29、二号气缸；30、二号抵接件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

另外，本发明中的元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

请参阅图1～8，本发明实施例中，一种煤矿井下充填材料力学性能测试方法，包括以下步骤：

步骤一：控制随动组件动作，使之远离一号抵接件27，并将待测试的条带式充填墙体置于随动组件与一号抵接件27之间，后反向控制随动组件动作，在随动组件以及一号抵接件27的作用下，对条带式充填墙体的下端进行夹持；

步骤二：通过调节结构调节弹性施压结构的初始值，以改变挤压辊15对待测试条带式充填墙体的压力，并记录在预设压力下挤压辊15在空间竖直方向上的位置，记为L1；

步骤三：通过动力组件驱使挤压辊15沿待测试条带式充填墙体运动；

步骤四：当挤压辊15上升至预设高度后，移动辊轮21与待测试条带式充填墙体的另一侧贴合，以对待测试条带式充填墙体进行扶持，同时挤压辊15与移动辊轮21同步上升，并在上升的过程中，记录挤压辊15在空间竖直方向上实时位置，记为S

步骤五：在挤压辊15达到最大高度后，计算S

请参阅图1～8，作为本发明的一种实施例，还提出了一种用于实现所述测试方法的煤矿井下充填材料力学性能测试装置，包括：作业台1、检测机构以及随动组件；

所述检测机构，设于所述作业台1上，包括动力组件以及检测组件，所述检测组件上设置有与条带式充填墙体适配的挤压辊15，所述动力组件可驱使所述挤压辊15沿空间竖直方向上运动；

所述动力组件包括可拆卸的安装于所述作业台1上的导向立板2以及滑块4，所述滑块4滑动于设置在所述导向立板2上的导槽3内，且所述滑块4与设置在所述作业台1上的一号气缸5连接。

在使用时，待测试的条带式充填墙体被固定在作业台1上，此时检测组件上的挤压辊15作用于条带式充填墙体表面，此时通过控制一号气缸5的伸缩端向外延伸，而驱使滑块4在导槽3内发生滑动，其中导槽3对于滑块4具有一定的导向作用，避免在一号气缸5的伸缩端向外延伸过多时，发生晃动的现象，使得装置的稳定性更高，当滑块4运动时将带动挤压辊15在条带式充填墙体上发生滚动，通过记录挤压辊15在滚动过程中的竖直位置，进而实现对条带式充填墙体的抗弯曲性能测试，相较于现有的条带式充填墙体测试装置，本发明可实现对条带式充填墙体的多区域测试，避免漏检现象的发生，提高条带式充填墙体在实际使用中的安全性，同时整个测试过程中更加迅速、便捷。

请参阅图4、图5，其中，所述检测组件包括弹性施压结构以及调节结构，所述调节结构用于调节所述弹性施压结构的初始值，以改变所述挤压辊15作用于条带式充填墙体的力度；

所述调节结构包括固定安装在所述滑块4上的驱动装置6，所述驱动装置6的输出轴连接设置在所述滑块4上的螺纹杆7，所述螺纹杆7上设置有与之螺纹连接的推送件8，所述推送件8与固定在所述滑块4上的侧板11滑动连接；

所述侧板11内的圆周内壁上开设有限位槽10，设置在所述推送件8上的限位块9滑动于所述限位槽10内；

所述弹性施压结构包括与所述推送件8固定连接的横置板12，所述横置板12上滑动设置有多个连杆13，所述连杆13的一端设置有限位盘17，另一端贯穿所述横置板12并连接有安装架14，所述安装架14与所述挤压辊15转动连接，且所述安装架14上设置有用于检测所述安装架14与所述横置板12之间距离的距离传感器18；

所述连杆13上还套设有弹簧16，所述弹簧16的一端与所述安装架14连接，另一端与所述横置板12连接。

在初始状态下，弹簧16处于被压缩的状态，此时连杆13端部的限位盘17与横置板12处于抵接状态，同时一号抵接件27与挤压辊15处于相切的状态，即当使条带式充填墙体与一号抵接件27抵接时，此时条带式充填墙体刚好与挤压辊15抵接，在进行测试作业时，通过控制驱动装置6转动，带动与之输出轴连接的螺纹杆7旋转，此时推送件8在限位槽10以及限位块9的作用下只能进行横向位移，而不能发生转动，且推送件8内设置有与螺纹杆7螺纹配合的内螺纹，进而使在螺纹杆7转动时，推送件8将发生横向位移，而此时挤压辊15与条带式充填墙体处于抵接的状态，当推送件8带动横置板12运动时，将压缩弹簧16，并在弹簧16的作用下使挤压辊15对于条带式充填墙体的作用力发生改变，实现了可针对不同厚度的条带式充填墙体进行测试。

需要说明的是，在条带式充填墙体的生产中，存在不同规格的条带式充填墙体，其中，较薄的条带式充填墙体在使用时，布置间距需要适当的减小，反之增大。

通过上述设置，使得挤压辊15作用于条带式充填墙体的力度可调，以使本装置满足对不同规格厚度的条带式充填墙体进行测试，相较于现有的条带式充填墙体测试设备，适用范围更广，更适合推广使用。

请参阅图3、图6、图7、图8，所述随动组件活动设置在所述作业台1上，所述随动组件与固定在所述作业台1上的一号抵接件27配合，用于对条带式充填墙体进行夹持，所述随动组件上连接有移动辊轮21，所述移动辊轮21与所述弹性施压机构连接，在所述挤压辊15上升至预设高度后，所述移动辊轮21与条带式充填墙体贴合，并跟随所述挤压辊15同步上升；

所述随动组件包括开设在所述作业台1上的滑槽28以及设置在所述滑槽28内的调节板26，所述调节板26与设置在所述作业台1上的二号气缸29连接，且所述调节板26上对称安装有两个导向件23，所述移动辊轮21的两端固定设置在所述导向件23上；

所述调节板26上固定有与所述一号抵接件27适配的二号抵接件30，以在二者相互靠近时对条带式充填墙体进行夹持；

所述导向件23上设置有一个竖直槽体24以及一个倾斜槽体25，所述竖直槽体24与倾斜槽体25光滑连接，且所述竖直槽体24与倾斜槽体25形成导向槽，所述移动辊轮21的转轴滑动设置在所述导向槽内；

所述移动辊轮21的转轴通过两组伸缩套件连接所述横置板12，所述伸缩套件包括与所述横置板12固定连接的升降套板19以及滑动套设在所述升降套板19内的伸缩套杆20，所述伸缩套杆20与所述移动辊轮21的转轴连接；

所述升降套板19与所述伸缩套杆20可嵌入设置在所述作业台1上的容滞槽22。

当挤压辊15处于最低高度时，此时移动辊轮21处于最低位置，二者在初始状态下具有一定的高度差，且在初始状态下，移动辊轮21处于倾斜槽体25的下端部，当挤压辊15在条带式充填墙体上运动的过程中，移动辊轮21将由倾斜槽体25的下端部朝向上端部运动，并在该过程中，挤压辊15作用于条带式充填墙体的力可由一号抵接件27与二号抵接件30进行支撑，而在当挤压辊15上升至移动辊轮21的转轴运动至竖直槽体24中时，移动辊轮21将与条带式充填墙体的表面抵接，具体的，移动辊轮21与挤压辊15作用于条带式充填墙体的两个面，且挤压辊15具有一定对条带式充填墙体扶持的力，这使得，在挤压辊15与移动辊轮21上升时，可对条带式充填墙体每段位置的抗弯曲能力进行测试，相较于现有的多点式测试方式，本测试装置可实现全面测试，避免出现漏检的现象，提高条带式充填墙体在使用时的安全性。

在初始状态下，而二号抵接件30远离一号抵接件27，此时可将待测试的条带式充填墙体置于二者之间，后通过控制二号气缸29，驱使二号抵接件30朝向一号抵接件27运动，以利用二者之间的相互作用力将条带式充填墙体进行夹持，同时在初始状态下，升降套板19与伸缩套杆20嵌入在容滞槽22内，使得作业台1更加平整，并方便将条带式充填墙体置于作业台1上。

综上所述，在使用时，待测试的条带式充填墙体被固定在作业台1上，此时检测组件上的挤压辊15作用于条带式充填墙体表面，此时通过控制一号气缸5的伸缩端向外延伸，而驱使滑块4在导槽3内发生滑动，其中导槽3对于滑块4具有一定的导向作用，避免在一号气缸5的伸缩端向外延伸过多时，发生晃动的现象，使得装置的稳定性更高，当滑块4运动时将带动挤压辊15在条带式充填墙体上发生滚动，通过记录挤压辊15在滚动过程中的竖直位置，进而实现对条带式充填墙体的抗弯曲性能测试，相较于现有的条带式充填墙体测试装置，本发明可实现对条带式充填墙体的多区域测试，避免漏检现象的发生，提高条带式充填墙体在实际使用中的安全性，同时整个测试过程中更加迅速、便捷。

在初始状态下，弹簧16处于被压缩的状态，此时连杆13端部的限位盘17与横置板12处于抵接状态，同时一号抵接件27与挤压辊15处相切的状态，即当使条带式充填墙体与一号抵接件27抵接时，此时条带式充填墙体刚好与挤压辊15抵接，在进行测试作业时，通过控制驱动装置6转动，带动与之输出轴连接的螺纹杆7旋转，此时推送件8在限位槽10以及限位块9的作用下只能进行横向位移，而不能发生转动，且推送件8内设置有与螺纹杆7螺纹配合的内螺纹，进而使在螺纹杆7转动时，推送件8将发生横向位移，而此时挤压辊15与条带式充填墙体处于抵接的状态，当推送件8带动横置板12运动时，将压缩弹簧16，并在弹簧16的作用下使挤压辊15对于条带式充填墙体的作用力发生改变，实现了可针对不同厚度的条带式充填墙体进行测试。

需要说明的是，在条带式充填墙体的生产中，存在不同规格的条带式充填墙体，其中，较薄的条带式充填墙体在使用时，布置间距需要适当的减小，反之增大。

通过上述设置，使得挤压辊15作用于条带式充填墙体的力度可调，以使本装置满足对不同规格厚度的条带式充填墙体进行测试，相较于现有的条带式充填墙体测试设备，适用范围更广，更适合推广使用。

当挤压辊15处于最低高度时，此时移动辊轮21处于最低位置，二者在初始状态下具有一定的高度差，且在初始状态下，移动辊轮21处于倾斜槽体25的下端部，当挤压辊15在条带式充填墙体上运动的过程中，移动辊轮21将由倾斜槽体25的下端部朝向上端部运动，并在该过程中，挤压辊15作用于条带式充填墙体的力可由一号抵接件27与二号抵接件30进行支撑，而在当挤压辊15上升至移动辊轮21的转轴运动至竖直槽体24中时，移动辊轮21将与条带式充填墙体的表面抵接，具体的，移动辊轮21与挤压辊15作用于条带式充填墙体的两个面，且挤压辊15具有一定对条带式充填墙体扶持的力，这使得，在挤压辊15与移动辊轮21上升时，可对条带式充填墙体每段位置的抗弯曲能力进行测试，相较于现有的多点式测试方式，本测试装置可实现全面测试，避免出现漏检的现象，提高条带式充填墙体在使用时的安全性。

在初始状态下，而二号抵接件30远离一号抵接件27，此时可将待测试的条带式充填墙体置于二者之间，后通过控制二号气缸29，驱使二号抵接件30朝向一号抵接件27运动，以利用二者之间的相互作用力将条带式充填墙体进行夹持，同时在初始状态下，升降套板19与伸缩套杆20嵌入在容滞槽22内，使得作业台1更加平整，并方便将条带式充填墙体置于作业台1上。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。