《矿山压力与岩层控制》实验指导书

《矿山压力及其控制》实验指导书资源与材料工程系采矿工程实验室学生实验守则一、每次实验前必须做好复习和预习。复习的内容为教科书上有关本次实验的教学内容；预习内容包括仔细阅读实验指导书和去实验室熟悉有关仪器设备。二、经过预习应掌握该项实验的意义、目的、操作步骤。对实验指导教师提出的检查性问题，应能回答，否则不得进行实验。三、实验时态度应严肃认真，严格按教师及实验指导书上所讲的操做步骤进行实验，每台设备应按操作则进行，以免损坏设备或造成事故。四、实验结束后，应在规定时间内提交实验报告。实验报告必须独立完成。书写、计算、制图要求公式、计算过程、单位齐全、清晰整齐。实验成绩是期终考核成绩的一部分。五、如实验结果未能达到要求或因故未做实验者，应申请补做实验，实验室同意后，在指定日期内进行补做。实验一单体支柱工作性能实验1.实验目的1.掌握单体液压支柱工作特性试验方法；2.绘制支柱特性曲线，了解单体液压支柱工作特性；3.学会YE-2000液压式压力试验机正确操作方法。2.实验设备、材料及工具1.YE-200TA液压试验机1台；2.WZ14-30/100单体液压支柱1根；3.DY-63型液压油泵1台；4.D-Ⅲ型顶板动态仪1台；5.老虎钳1把；6.铁丝4-5米。3.实验步骤1.将单体液压支柱放在试验机上放在试验机下承压板上中心，用铁丝绕支柱成“8”字型捆牢，调整试验机的上承压板位置与支柱接触；2.选择试验机500KN度盘，挂上相应的摆砣；3.启动试验机，使试验机托轮离开轨道约10mm左右，再调整试验机上承压板位置；4.将注液抢与液压泵联接，并与支柱接通，启动液压泵，缓缓打开注液枪的注液阀向支柱下腔注液，使活柱上升初力达到70KN左右时，停止注液；5.安装顶板动态仪，调整顶板动态仪与支柱平行，记录下初读数；6.缓缓打开送油阀，以20KN/min的速度均匀加载，每隔20KN读一次读数，直到支柱的额定载荷，加载过程中载荷和压缩量填入表1；7.当支柱加载达到额定载荷时应立即停止加载，关闭送油阀,打开回油阀，使下承压板降至原来位置，可操纵操作手把打开支柱卸载阀，活柱在自重的作用下复位；8.实验重复进行3次，实验人员轮流操作进行。四、绘制支柱工作特性曲线根据上面实验获得的资料，以纵坐标为载荷（KN），横坐标为活柱下缩量（mm）绘制支柱工作特性曲线，单体液压支柱工作特性曲线如图1。表1-1单体液压支柱特性实验记录表1-1载荷/KN压缩量/mm压力表读数/MPa备注020406080100120140160180200240260280300320P0PP/KN△S/mm△S1△S1—增阻阶段的可缩量；△P-恒阻时波动液压值图1-2单体液压支柱特曲线P△P实验2相似材料的配比试验一、实验目的1.掌握相似材料配比试验过程；2.了解影响相似材料强度的主要因素；3.学会测定标准试块的单轴抗压强度；3.了解矿山压力相似材料模型的制作及试验研究方法。二、实验设备、材料及工具1.模块规格100mm×100mm×100mm1套；2.台秤1台；3.岩石力学伺服试验机1台；4.细纱、碳酸钙、石膏、硼砂、水；5.披灰刀、铁锨。三、实验步骤1.根据标准模具体积，计算出每组3块标准试块的总重，可按下式计算：G=kV1*Υ式中：G-制作试块材料总重量，kg/m3；k-损失系数，一般为1.2～1.3；V1-单个试块体积，m3；Υ-标准试块的容重，kg/m3。根据配比号，以配比号（737）为例，砂胶比为7：1，即A:B:(1-B），再计算出各组分的重量，既砂子、碳酸钙(轻质Caco3)、石膏、硼砂、水的含量填入表2，各组分材料所需要重量计算按下式计算：砂子：GAAW11碳酸钙：GABW12石膏：GABW113水：1.0)(3214硼砂：001.045WW式中：式中：A-砂子的份额；B-胶结物的份额；2.根据每组配比号所需的各种材料重量计算表，严格在台秤上秤取砂子、碳酸钙、石膏的重量，并放在一起搅拌均匀。同时将秤好重量的硼砂，放入称好重量的水中，待融化后加入搅拌料中，进一步搅拌，将干料搅拌成均匀的湿料；3.将湿料分3～4次均匀地加入试模中，并逐次逐个捣实试模，待湿料凝固后将试块缓慢地进行脱模，然后在试块上标注材料的配比号，在室内养护3-7天；4.将养护好的试样在台秤上秤出每组试件的总重量，计算出每组相似材料的平均容重。5.将试样在试验机上进行单轴压缩试验，求出每组相似材料的平均抗压强度。表2砂子、碳酸钙、石膏相似材料配比表砂胶比配比号容重/Kg.m-3砂子/Kg碳酸钙/Kg石膏/Kg硼砂/Kg水/Kg抗压强度/MPa弹性摸量/GPa3:13371500355150037315004:14371500455150047315005:15371600555160057316006:16371700655170067317007:1737170075517007731700备注水的含量为试件重量的71~91；水中硼砂的浓度1‰；配比号的含义：砂:碳酸钙:石膏＝A：B：(1-B)时,砂胶比为A:1。砂子为干燥后的细河纱。四.实验要求1.每班分2-3组，每组制作一种砂胶比。2.抗压强度实验采用的试块，为上一组同学制作。3.实验后两周内提交实验报告。实验三矿压观测仪器仪表的演示实验一、实验目的及要求：1.熟悉常用矿压观测仪器仪表的原理及构造；2.掌握工作面和巷道的“三量”的观测方法。。二、矿压观测仪器仪表原理、构造和使用方法1.位移观测仪器：A.测杆；B.测枪；C.测尺；D.数显式顶板动态仪；E.表显式顶板动态仪；F.数显式顶板报警仪；G.收敛计；H.多点位移计；I.顶板离层仪；位移观测仪器主要用于工作面、巷道的位移观测，研究工作面顶底板或巷道围岩运动规律，预测预报顶板活动状况，为支护设备的选型以及安全生产提供指导依据。其中A～G观测仪器主要用于工作面、巷道围岩表面位移的观测，而H和I观测仪器主要用于工作面、巷道岩体内部的位移观测；巷道位移观测点的布置如图1-1，工作面顶底板位移观测点布置如图1-4。2.载荷观测仪器：A.钢铉式测力计；B.机械式测力计；C.电感式测力计；D.液压式测力计；E.液压枕；F.钻孔液压枕；G.涨楔式液压枕21312351-顶板测点2-两帮测点；3-底板测点；4-围岩图1-1巷道移近量测点布置12654371-顶板；2-顶板测点；3-顶梁；4-支柱；5-推进方向；底板测点；7底板图1-2工作面顶底板移近量测点布置H.锚索测力计；I.锚杆侧力计；J.锚杆扭矩扳手；K.锚所涨拉千斤顶；L.园图式压力自记仪。载荷观测仪器主要用于工作面、巷道的载荷观测，研究工作面顶底板或巷道围岩与支架相互作用关系，为支护设备的选型、支护密度，支护强度的设计提供依据以及安全生产提供指导依据。其中A～E观测仪器主要用于工作面、巷道围岩与支架载荷观测；F和G观测仪器主要用于工作面前方煤岩体内部超前支承压力观测；H～K主要用于锚杆受力状态的检测（包括初锚力和锚固力），L用于综采支架载荷的观测；巷道支架载荷观测点布置如图1-3，工作面顶支架观测点布置如图1-4。3.其他观测仪器：A.电阻应变片；B.空心包体应变计；C.孔径变形应变计；D.环氧树脂应变计；E.混凝土应变计；F.银泊式应变计；G.液压电阻式传感器；H.电阻式位移计；I.测力销；J.声波传感器K.围岩裂隙测定仪。七、回答问题1.工作面、巷道矿压观测主要有哪些内容？2.影响矿压观测结果的主要因素有哪些？3.你对本实验的建议和意见。1-顶背板2-顶测力计；3-顶梁；4-帮背板；5-帮测力计；6-支腿图1-3巷道压力观测点布置1234561-顶板；2-顶梁；3支柱-；4-测力计；5-推进方向；6-底板；7-煤图1-4工作面支柱载荷观测点布置1756324