CN104931355B - 一种沿空留巷底鼓的相似材料模拟装置及其模拟方法 - Google Patents

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Abstract

一种沿空留巷底鼓的相似材料模拟装置及其模拟方法，该装置包括支撑框架(1)和反力梁(2)，反力梁(1)焊接于支撑框架(1)的顶部，传力钢板(4)设置在支撑框架(1)的内部，反力梁(2)通过千斤顶I(3‑1)与传力钢板(4)连接，支撑框架(1)的内部两侧分别设置有垂直于反力梁(2)的可水平移动的立板(6)，立板(6)通过千斤顶II(3‑2)与支撑框架(1)连接。该模拟方法将沿空留巷底鼓全程分为本工作面超前、本工作面滞后、留巷稳定、二次回采超前四个阶段，并基于各阶段巷道实际受力环境动态改变千斤顶的位置和施力值。同时考虑水平应力和支承压力对沿空留巷底鼓全程的影响，其模拟结果对工程实践具有实际指导意义。

Description

一种沿空留巷底鼓的相似材料模拟装置及其模拟方法
技术领域
本发明涉及一种沿空留巷底鼓的相似材料模拟装置及其模拟方法，属于矿山相似材料模拟试验领域。
背景技术
受采掘工程的影响，巷道顶底板和两帮岩体产生变形并向巷道内产生位移，巷道底板向上隆起的现象即称之为底鼓。相似材料模拟试验是研究矿山压力及其显现的主要方法与手段之一，试验过程与现场实际的相似程度直接影响试验结果对工程实践的指导价值。目前，进行沿空留巷底鼓的相似材料模拟试验时，受各种因素限制，通常仅考虑留巷稳定阶段水平或垂直支承压力对底鼓的影响，而已有研究结果显示，同时施加水平和垂直应力也是影响沿空留巷底鼓的主要因素之一，此外，沿空留巷底鼓全程一般可分为本工作面超前影响阶段、本工作面滞后影响阶段、留巷稳定阶段和二次回采超前影响阶段四个阶段，若仅考虑其中某一阶段，结果无疑会具有很大的局限性，因此，上述试验结果往往不具有有效的实际研究指导价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种可全面体现支承压力和水平应力对沿空留巷底鼓全过程的影响、试验结果对工程实践具有实际指导意义的沿空留巷底鼓的相似材料模拟装置及其模拟方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种沿空留巷底鼓的相似材料模拟装置，包括支撑框架和反力梁，反力梁焊接于支撑框架的顶部，传力钢板设置在支撑框架的内部，反力梁通过千斤顶I与传力钢板连接，支撑框架的内部两侧分别设置有垂直于反力梁的可水平移动的立板，立板通过千斤顶II与支撑框架连接。
进一步的，在千斤顶II完成施加模拟的力后，为了使相似材料所受的应力更加稳定可靠，立板通过止退机构连接在支撑框架上。
进一步的，所述支撑框架上设置有观测窗，以方便观察与监控模拟过程。
一种沿空留巷底鼓的相似材料模拟方法，包括以下实施步骤：
A、基于实际地质条件于支撑框架内铺设相似材料，并将其从左向右依次划分出下工作面、巷道、巷旁支护体和采空区对应区域，所述四个区域上方均设置有千斤顶I；
B、待相似材料晾干后，在其周围放置对应上述各区域尺寸的传力钢板；
C、基于实际应用，千斤顶I(3-1)模拟相似材料所受的原岩应力，对相似材料施加垂直方向的力，千斤顶II模拟相似材料所受的原岩应力，对相似材料施加水平方向的力；
D、取下巷道区域对应区域布置的千斤顶I和传力钢板，基于工程实际动态改变其它千斤顶I的位置和施力大小，监测记录本工作面超前影响阶段的巷道底鼓过程；
E、然后取下采空区对应区域布置的千斤顶I和传力钢板，基于工程实际动态改变其它千斤顶I的位置和施力大小，监测记录本工作面滞后影响阶段、留巷稳定阶段和二次回采超前影响阶段的巷道底鼓过程。
进一步的，为了提高模拟实验的精度，避免干扰信号对实验结果的影响，所述支撑框架内铺设的相似材料的高度大于沿空留巷底板受扰动影响深度对应的相似材料高度。
与现有技术相比，本发明提出的设计方案可以为千斤顶的施力提供良好的着力基础，同时，可以左右平移并紧固的左、右立板使模拟相似材料所受水平应力成为可能，利用相互独立的顶部不同区域的传力钢板和千斤顶施加垂直载荷模拟支承压力，可以动态模拟整个沿空留巷期间巷道底板所受应力环境，底鼓影响因素考虑全面，应力演化过程与工程实际相似度高，结果对工程实践指导意义大。
附图说明
图1为本发明的正视图；
图2为图1的左视图；
图中：1、支撑框架，2、反力梁，3-1、千斤顶I，3-2、千斤顶II，4、传力钢板，5、观测窗，6、立板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，一种沿空留巷底鼓的相似材料模拟装置，包括支撑框架1和反力梁2，反力梁2焊接于支撑框架1的顶部，传力钢板4设置在支撑框架1的内部，反力梁2通过千斤顶I3-1与传力钢板4连接，支撑框架1的内部两侧分别设置有垂直于反力梁2的可水平移动的立板6，立板6通过千斤顶II3-2与支撑框架1连接。
进一步的，在千斤顶II3-2完成施加模拟的力后，为了使相似材料所受的应力更加稳定可靠，立板6通过止退机构连接在支撑框架1上。
进一步的，所述支撑框架1上设置有观测窗5，以方便观察与监控模拟过程。
一种沿空留巷底鼓的相似材料模拟方法，包括以下实施步骤：
A、基于实际地质条件于支撑框架1内铺设相似材料，并将其从左向右依次划分出下工作面、巷道、巷旁支护体和采空区对应区域，所述四个区域上方均设置有千斤顶I3-1；
B、待相似材料晾干后，在其周围放置对应上述各区域尺寸的传力钢板4；
C、基于实际应用，千斤顶I3-1模拟相似材料所受的原岩应力，对相似材料施加垂直方向的力，千斤顶II3-2模拟相似材料所受的原岩应力，对相似材料施加水平方向的力；
D、取下巷道区域对应区域布置的千斤顶I3-1和传力钢板4，基于工程实际动态改变其它千斤顶I3-1的位置和施力大小，监测记录本工作面超前影响阶段的巷道底鼓过程；
E、然后取下采空区对应区域布置的千斤顶I3-1和传力钢板4，基于工程实际动态改变其它千斤顶I3-1的位置和施力大小，监测记录本工作面滞后影响阶段、留巷稳定阶段和二次回采超前影响阶段的巷道底鼓过程。
进一步的，为了提高模拟实验的精度，避免干扰信号对实验结果的影响，所述支撑框架1内铺设的相似材料的高度大于沿空留巷底板受扰动影响深度对应的相似材料高度。
本发明提出一种沿空留巷底鼓的相似材料模拟装置及其模拟方法，该方案可以为千斤顶的施力提供良好的着力基础，同时，可以左右平移并紧固的左、右面使模拟相似材料所受水平应力成为可能，利用相互独立的顶部不同区域的传力钢板和千斤顶施加垂直载荷模拟支承压力，可以动态模拟整个沿空留巷期间巷道底板所受应力环境，底鼓影响因素考虑全面，应力演化过程与工程实际相似度高，结果对工程实践指导意义大。

Claims (2)

1.一种沿空留巷底鼓的相似材料模拟方法，其特征在于，包括以下实施步骤：
A、基于实际地质条件于支撑框架(1)内铺设相似材料，并将其从左向右依次划分出下工作面、巷道、巷旁支护体和采空区对应的四个区域，所述四个区域上方均设置有千斤顶Ⅰ(3-1)；
B、待相似材料晾干后，在其周围放置对应上述四个区域尺寸的传力钢板(4)；
C、基于实际应用，千斤顶Ⅰ(3-1)模拟相似材料所受的原岩应力，对相似材料施加垂直方向的力，千斤顶Ⅱ(3-2)模拟相似材料所受的原岩应力，对相似材料施加水平方向的力；
D、取下巷道区域对应区域布置的千斤顶Ⅰ(3-1)和传力钢板(4)，基于工程实际动态改变其它千斤顶Ⅰ(3-1)的位置和施力大小，监测记录本工作面超前影响阶段的巷道底鼓过程；
E、然后取下采空区对应区域布置的千斤顶Ⅰ(3-1)和传力钢板(4)，基于工程实际动态改变其它千斤顶Ⅰ(3-1)的位置和施力大小，监测记录本工作面滞后影响阶段、留巷稳定阶段和二次回采超前影响阶段的巷道底鼓过程。
2.根据权利要求1所述的一种沿空留巷底鼓的相似材料模拟方法，其特征在于，所述支撑框架(1)内铺设的相似材料的高度大于沿空留巷底板受扰动影响深度对应的相似材料高度。
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