CN104965058B - 滑动构造带下覆岩反倾垮落相似模拟试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
滑动构造带下覆岩反倾垮落相似模拟试验装置及方法，该装置包括支架、底座、左立板、右立板、支撑柱、左固定底板、右固定底板、左活动底板、右活动底板、左垫块、右垫块、透明护板和成型砌块。该模拟试验方法对模拟煤层进行开挖，使采空区顶板自然垮落，岩体应力开始变化，岩体逐渐移动，逐渐影响到地表，所有应力变化都会通过应力传感器反映到电脑上，岩体移动变化通过全站仪和数字照相方法得到观测，整个过程中不会出现像传统试验时出现的模拟岩层不垮落、难垮落或完全垮塌等不定的情况。本发明具有操作简单、劳动量小、可重复利用等优点，该实验装置可随意调换角度、可满足各种滑动构造下采煤的模拟试验。
Description
技术领域
本发明属于采矿技术领域，尤其涉及一种滑动构造带下覆岩反倾垮落相似模拟试验装置及方法。
背景技术
为了更好地保证地下矿山的安全生产,最大限度地开采矿产资源、保护矿区环境和地面设施,必须研究矿山压力及岩层活动规律,发展岩层支护技术与控制措施,这是采矿学科的一个永恒的重要主题。
对于一个影响因素众多、物理过程十分复杂、受人为扰动严重的力学问题,由于人们难以十分清楚地了解影响问题的全部因素所在,无法准确地获得描述岩体应力应变关系的本构关系,因此常常无法对问题进行精确的理论分析。而现场实测所固有的周期较长、耗费大量的人力、物力,受现场条件限制严重、局限性大;岩体内部性状变化测试困难;现有的矿山适用的测试仪器仪表粗糙落后,其它领域较先进的仪器仪表又无法适应矿山井下恶劣的工作环境;对非测量地区缺乏延展意义等缺陷。因此,研究采动后采场岩层的破裂、冒落和移动规律及巷道围岩的应力分布、位移变化的物性特征,应用相似模拟试验是一种公认的行之有效的研究方法。
相似模拟试验主要根据研究要求对研究事物的形态,工作规律或信息传递规律,遵守一定的原则,将复杂的地质构造,通过模型上的相似再现,来研究真实对象中发生的现象和过程的规律性,从而达到解决实际问题的目的。相似模拟试验装置根据需要的架子分为不同规格架型,从而满足不同研究对象需求。目前各种框架模型试验装置均为底板水平的钢制焊接结构,焊接固定了底板角度,使得试验模型角度单一化，无法准确模拟出滑动构造带下采煤覆岩反倾的情形时岩体应力应变关系的本构关系；传统的相似模拟试验方法是根据一定配比，一层一层的把料浇铺上架子的，之后还要经过较长时间的凝固成型及晾晒，期间，处于自然条件下的相似模拟试验,试验的温度与湿度受季节的影响大。夏季气温较高,相似材料极易干燥、固结；冬季相似材料不易固结,结果会倒架、散架。而且持续时间过长，费时费力。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、工作量小、可重复试验、省时省力的滑动构造带下覆岩反倾垮落相似模拟试验装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：滑动构造带下覆岩反倾垮落相似模拟试验装置，包括支架和设在支架上的底座，底座左侧和右侧分别垂直设有左立板和右立板，底座上表面中部设有支撑柱，支撑柱左侧和右侧分别铰接有左固定底板和右固定底板，左固定底板为左端开口的中空结构，左固定底板左端插设有左活动底板，左固定底板和左活动底板在侧面沿前后方向对应设有一排左插孔，左插孔内插设有左插销；
右固定底板为右端开口的中空结构，右固定底板右端插设有右活动底板，右固定底板和右活动底板在侧面沿前后方向对应设有一排右插孔，右插孔内插设有右插销；
底座上表面设有用于支撑左固定底板保持水平状态的左垫块和用于支撑右固定底板保持水平状态的右垫块；
左立板和右立板的前侧以及左立板和右立板的后侧分别设有透明护板，透明护板自上而下由多层拼接而成，每层透明护板分别通过螺栓安装到左立板和右立板上；
左立板、右立板、左固定底板和右固定底板之间合围成的长方体型空腔内有次序布置有成型砌块，相邻两层成型砌块之间设有应力感应器，成型砌块上表面铺设有模拟地表层。
所述左立板和右立板的宽度为100mm、高度为1600mm；底座的长度为1700mm；左固定底板和右固定底板的宽度为100mm。
滑动构造带下覆岩反倾垮落相似模拟试验方法，包括以下步骤：
（1）、根据模拟岩层情况选定沙子、石灰、碳酸钙；
（2）、根据模拟岩层情况配比所选沙子、石灰、碳酸钙；
（3）、根据按煤层埋深所设计试验架按比率使所选沙子、石灰、碳酸钙成型砌块；
（4）、根据滑动构造带下地质构造在所设计长方体型空腔内逐层铺设所制成型砌块，成型砌块模拟为煤层；
（5）、根据逐层铺设所制成型砌块嵌入应力传感器；
（6）、根据逐层铺设所制成型砌块的标记观测点；
（7）、根据逐层铺设所制成型砌块在所设计左立板和右立板两侧加上透明护板；
（8）、在模拟试验装置的支架前架设全站仪；
（9）、去掉透明护板，将某一些成型砌块逐步抽出，这样相当于开采模拟煤层；
（10）、根据全站仪和数字照相方法观测逐步开采模拟煤层时成型砌块的岩层位移；
（11）、根据所铺设应力传感器接收逐步开采模拟煤层时岩层应力情况。
所述步骤（2）中沙子、石灰、碳酸钙质量配比为7：3：7。
所述步骤（3）制造成型砌块时根据煤层、顶板、关键层做成不同规格。
所述步骤（6）中的标记观测点设在左立板或右立板上。
所述步骤（9）中开挖煤层时只需去掉最下层一块护板即可。
采用上述技术方案，该相似模拟试验装置具有操作简单、劳动量小、可重复利用等优点，该装置的左活动底板可以在左固定底板内抽拉并用左插销固定，右活动底板可在右固定底板内抽拉并用右插销固定，这样可随意调换每层最底部的倾斜角度，可满足各种构造的对象的模拟研究。透明护板采用多层拼接而成，这样可对不同成型砌块模拟抽出。
该相似模拟试验装置采用的成型砌块体积小，凝固快，上架容易，工作量小，整个试验持续时间短，不存在外界因素影响的问题，省时省力，而且砌块可重复利用；该相似模拟试验装置，可随意调节底板角度，并且底板可拆卸，便于运输，可以满足多种范围、对象的模拟研究。
该试验方法对模拟煤层进行开挖，使采空区顶板自然垮落，岩体应力开始变化，岩体逐渐移动，逐渐影响到地表，所有应力变化都会通过应力传感器反映到电脑上，岩体移动变化通过全站仪和数字照相方法得到观测，整个过程中不会出现像传统试验时出现的模拟岩层不垮落、难垮落或完全垮塌等不定的情况。本发明经过试验，并对比实际地质构造下开采煤层时岩体变化，效果极好。该模拟方法具有模拟试验持续时间短、搭建好即可开挖观测、成功率高、劳动量小、砌块可重复利用节约资源等优点。
综上所述，本发明利用小型砌块模拟地质构造情况，解决了传统相似模拟试验时模拟岩层不垮落、难垮落或完全垮塌等不定情况发生，该模拟方法具有模拟试验持续时间短、搭建好即可开挖观测、成功率高、劳动量小、砌块可重复利用节约资源等优点，有推广应用价值。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的左视图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的滑动构造带下覆岩反倾垮落相似模拟试验装置，包括支架1和设在支架1上的底座2，底座2左侧和右侧分别垂直设有左立板3和右立板4，底座2上表面中部设有支撑柱5，支撑柱5左侧和右侧分别铰接有左固定底板6和右固定底板7，左固定底板6为左端开口的中空结构，左固定底板6左端插设有左活动底板8，左固定底板6和左活动底板8在侧面沿前后方向对应设有一排左插孔9，左插孔9内插设有左插销；
右固定底板7为右端开口的中空结构，右固定底板7右端插设有右活动底板10，右固定底板7和右活动底板10在侧面沿前后方向对应设有一排右插孔11，右插孔11内插设有右插销；
底座2上表面设有用于支撑左固定底板6保持水平状态的左垫块12和用于支撑右固定底板7保持水平状态的右垫块13；
左立板3和右立板4的前侧以及左立板3和右立板4的后侧分别设有透明护板14，透明护板14自上而下由多层拼接而成，每层透明护板14分别通过螺栓安装到左立板3和右立板4上；左立板3、右立板4、左固定底板6和右固定底板7之间合围成的长方体型空腔内有次序布置有成型砌块15，相邻两层成型砌块15之间设有应力感应器，成型砌块15上表面铺设有模拟地表层16。
左立板3和右立板4的宽度为100mm、高度为1600mm；底座2的长度为1700mm；左固定底板6和右固定底板7的宽度为100mm。
本实用新型的滑动构造带下覆岩反倾垮落相似模拟试验方法，包括以下步骤：
（1）、根据模拟岩层情况选定沙子、石灰、碳酸钙；
（2）、根据模拟岩层情况配比所选沙子、石灰、碳酸钙；
（3）、根据按煤层埋深所设计试验架按比率使所选沙子、石灰、碳酸钙成型砌块15；
（4）、根据滑动构造带下地质构造在所设计长方体型空腔内逐层铺设所制成型砌块15，成型砌块15模拟为煤层；
（5）、根据逐层铺设所制成型砌块15嵌入应力传感器；
（6）、根据逐层铺设所制成型砌块15的标记观测点；
（7）、根据逐层铺设所制成型砌块15，在左立板3和右立板4两侧安装透明护板14；
（8）、在模拟试验装置的支架1前架设全站仪；
（9）、去掉透明护板14，将某一些成型砌块15逐步抽出，这样相当于开采模拟煤层；
（10）、根据全站仪和数字照相方法观测逐步开采模拟煤层时成型砌块15的岩层位移；
（11）、根据所铺设应力传感器接收逐步开采模拟煤层时岩层应力情况。
步骤（2）中沙子、石灰、碳酸钙质量配比为7：3：7。步骤（3）制造成型砌块15时根据煤层、顶板、关键层做成不同规格。所述步骤（6）中的标记观测点设在左立板3或右立板4上。步骤（9）中开挖煤层时只需去掉最下层一块护板即可。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (6)
1.滑动构造带下覆岩反倾垮落相似模拟试验装置，其特征在于：包括支架和设在支架上的底座，底座左侧和右侧分别垂直设有左立板和右立板，底座上表面中部设有支撑柱，支撑柱左侧和右侧分别铰接有左固定底板和右固定底板，左固定底板为左端开口的中空结构，左固定底板左端插设有左活动底板，左固定底板和左活动底板在侧面沿前后方向对应设有一排左插孔，左插孔内插设有左插销；
右固定底板为右端开口的中空结构，右固定底板右端插设有右活动底板，右固定底板和右活动底板在侧面沿前后方向对应设有一排右插孔，右插孔内插设有右插销；
底座上表面设有用于支撑左固定底板保持水平状态的左垫块和用于支撑右固定底板保持水平状态的右垫块；
左立板和右立板的前侧以及左立板和右立板的后侧分别设有透明护板，透明护板自上而下由多层拼接而成，每层透明护板分别通过螺栓安装到左立板和右立板上；
左立板、右立板、左固定底板和右固定底板之间合围成的长方体型空腔内有次序布置有成型砌块，相邻两层成型砌块之间设有应力感应器，成型砌块上表面铺设有模拟地表层；
所述左立板和右立板的宽度为100mm、高度为1600mm；底座的长度为1700mm；左固定底板和右固定底板的宽度为100mm。
2.根据权利要求1所述的滑动构造带下覆岩反倾垮落相似模拟试验装置的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、根据模拟岩层情况选定沙子、石灰、碳酸钙；
（2）、根据模拟岩层情况配比所选沙子、石灰、碳酸钙；
（3）、根据按煤层埋深所设计试验架按比率使所选沙子、石灰、碳酸钙成型砌块；
（4）、根据滑动构造带下地质构造在所设计长方体型空腔内逐层铺设所制成型砌块，成型砌块模拟为煤层；
（5）、根据逐层铺设所制成型砌块嵌入应力传感器；
（6）、根据逐层铺设所制成型砌块的标记观测点；
（7）、根据逐层铺设所制成型砌块在所设计左立板和右立板两侧加上透明护板；
（8）、在模拟试验装置的支架前架设全站仪；
（9）、去掉透明护板，将某一些成型砌块逐步抽出，这样相当于开采模拟煤层；
（10）、根据全站仪和数字照相方法观测逐步开采模拟煤层时成型砌块的岩层位移；
（11）、根据所铺设应力传感器接收逐步开采模拟煤层时岩层应力情况。
3.根据权利要求2所述的试验方法，其特征在于：所述步骤（2）中沙子、石灰、碳酸钙质量配比为7：3：7。
4.根据权利要求2所述的试验方法，其特征在于：所述步骤（3）制造成型砌块时根据煤层、顶板、关键层做成不同规格。
5.根据权利要求2所述的试验方法，其特征在于：所述步骤（6）中的标记观测点设在左立板或右立板上。
6.根据权利要求2所述的试验方法，其特征在于：所述步骤（9）中开挖煤层时只需去掉最下层一块护板即可。
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