CN105547842A - 一种用于三维模拟巷道围岩破裂的试验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于三维模拟巷道围岩破裂的试验系统，试验台上均匀布置有多个环形加载气囊，多个环形加载气囊相依次连接形成圆形通道，圆形通道内铺设有由相似材料形成的模拟岩层，模拟岩层内设置有多个传感器，圆形通道的两端分别设置有有机钢化玻璃，其中一个有机钢化玻璃上开设有兼作巷道的掘进口，每个环形加载气囊上均设置有进气管路与出气管路，进气管路与气压加载装置的注气口相连通，出气管路与气压加载装置的回气口相连通。利用环形加载气囊三维模拟巷道围岩的实际受力情况，透过有机玻璃直观巷道围岩变形情况，试验系统操作简便，提高了模拟的真实性，从而获取真实数据，还原煤矿真实开采，具有结构简单、操作方便等优点。

Description

一种用于三维模拟巷道围岩破裂的试验系统及方法

技术领域

本发明一种用于三维模拟巷道围岩破裂的试验系统及方法。

背景技术

地下工程巷道开挖后，围岩从周边开始变形破坏，逐步形成完全破坏区、裂隙发育区、弹塑性变形区和原岩应力区四个区域。研究巷道围岩破裂方式成为选择合适的支护形式和支护参数的关键。针对上述问题，至今我国的研究机理理论较为多样，利用数值模拟软件和物理模拟不断研究深入，已取得一定的成果。以往对巷道围岩破裂的模拟一般采用二维模拟试验台，少数的利用大尺寸的三维模拟实验台进行模拟，这种方法存在以下的不足：二维模拟巷道破裂仅研究某一断面的破坏，大尺寸的三维模拟实验台铺设困难且围岩应力条件与实际不符，难以模拟现实的条件。因此，小型化、可视化、真实条件模拟成为亟需解决的问题。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于三维模拟巷道围岩破裂的试验系统及方法，以实现小型化、可视化、真实条件下模拟三维巷道围岩破裂的目的。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

一种用于三维模拟巷道围岩破裂的试验系统，其包括由钢架形成的试验台，其中，试验台上均匀布置有多个环形加载气囊，多个环形加载气囊相依次连接形成圆形通道，圆形通道内铺设有由相似材料形成的模拟岩层，模拟岩层内设置有多个传感器，圆形通道的两端分别设置有有机钢化玻璃，其中一个有机钢化玻璃上开设有兼作巷道的掘进口，每个环形加载气囊上均设置有进气管路与出气管路，进气管路与气压加载装置的注气口相连通，出气管路与气压加载装置的回气口相连通。

所述的试验系统，其中，试验系统配置有一控制中心，控制中心用于控制试验系统的运行状态；上述气压加载装置、多个传感器均与控制中心线路连接。

所述的试验系统，其中，上述传感器包括压力传感器、距离传感器、温度传感器与湿度传感器。

所述的试验系统，其中，上述气压加载装置包括柱塞泵、压力控制模块和安全阀，柱塞泵通过所述压力控制模块连接注气口，用于向对应环形加载气囊中注气，安全阀连接在所述柱塞泵上，当注气压力超过柱塞泵的额定压力时放气卸压。

一种使用所述试验系统的方法，其包括以下步骤：

依据实验研究要求及实际地质条件，在圆形通道内铺设相应的模拟岩层，并且在模拟岩层内铺设相应传感器，形成模拟岩层模型；模拟岩层模型静置24小时后，通过气压加载装置对不同位置的环形加载气囊进行加载，并通过掘进口开挖巷道，同步的通过控制中心收集对应参数数据，直至开挖结束。

本发明提供的一种用于三维模拟巷道围岩破裂的试验系统及方法，利用环形加载气囊三维模拟巷道围岩的实际受力情况，透过有机玻璃直观巷道围岩变形情况，试验系统操作简便，提高了模拟的真实性，从而获取真实数据，还原煤矿真实开采，具有结构简单、操作方便等优点。

附图说明

图1为本发明中试验系统的结构示意图；

图2为本发明中环形加载气囊的断面结构示意图；

图3为本发明中环形加载气囊的侧面结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于三维模拟巷道围岩破裂的试验系统及方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种用于三维模拟巷道围岩破裂的试验系统。如图1、图2与图3所示的，其包括由钢架形成的试验台1，其中，试验台1上均匀布置有多个环形加载气囊2，多个环形加载气囊2相依次连接形成圆形通道，圆形通道内铺设有由相似材料形成的模拟岩层3，模拟岩层3内设置有多个传感器，圆形通道的两端分别设置有有机钢化玻璃4，其中一个有机钢化玻璃4上开设有兼作巷道的掘进口5，每个环形加载气囊2上均设置有进气管路6与出气管路7，进气管路6与气压加载装置8的注气口相连通，出气管路7与气压加载装置8的回气口相连通，进气管路6、出气管路7分别与环形加载气囊2、气压加载装置8的连接处可以设置密封圈10，用于保证连接处的密封性。通过气压加载装置8向对应环形加载气囊2内打入相应压力的气体，模拟巷道围岩的压力，并且通过有机钢化玻璃4作为可视窗口，观察模拟岩层3的破碎情况。

更进一步的，试验系统配置有一控制中心9，控制中心9可以采用电脑、控制柜、数据控制器等技术方式。控制中心9用于控制试验系统的运行状态；上述气压加载装置8、多个传感器均与控制中心9线路连接。而且上述传感器包括压力传感器、距离传感器、温度传感器与湿度传感器。上述气压加载装置8包括柱塞泵、压力控制模块和安全阀，柱塞泵通过所述压力控制模块连接注气口，用于向对应环形加载气囊中注气，安全阀连接在所述柱塞泵上，当注气压力超过柱塞泵的额定压力时放气卸压。

本发明还提供了一种使用所述试验系统的方法，其包括以下步骤：

依据实验研究要求及实际地质条件，在圆形通道内铺设相应的模拟岩层5，并且在模拟岩层5内铺设相应传感器，形成模拟岩层模型；模拟岩层模型静置24小时后，通过气压加载装置8对不同位置的环形加载气囊2进行加载，并通过掘进口开挖巷道，同步的通过控制中心9收集对应参数数据，直至开挖结束。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (5)

1.一种用于三维模拟巷道围岩破裂的试验系统，其包括由钢架形成的试验台，其特征在于，试验台上均匀布置有多个环形加载气囊，多个环形加载气囊相依次连接形成圆形通道，圆形通道内铺设有由相似材料形成的模拟岩层，模拟岩层内设置有多个传感器，圆形通道的两端分别设置有有机钢化玻璃，其中一个有机钢化玻璃上开设有兼作巷道的掘进口，每个环形加载气囊上均设置有进气管路与出气管路，进气管路与气压加载装置的注气口相连通，出气管路与气压加载装置的回气口相连通。

2.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，试验系统配置有一控制中心，控制中心用于控制试验系统的运行状态；上述气压加载装置、多个传感器均与控制中心线路连接。

3.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，上述传感器包括压力传感器、距离传感器、温度传感器与湿度传感器。

4.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，上述气压加载装置包括柱塞泵、压力控制模块和安全阀，柱塞泵通过所述压力控制模块连接注气口，用于向对应环形加载气囊中注气，安全阀连接在所述柱塞泵上，当注气压力超过柱塞泵的额定压力时放气卸压。

5.一种使用如权利要求1所述试验系统的方法，其包括以下步骤：

依据实验研究要求及实际地质条件，在圆形通道内铺设相应的模拟岩层，并且在模拟岩层内铺设相应传感器，形成模拟岩层模型；模拟岩层模型静置24小时后，通过气压加载装置对不同位置的环形加载气囊进行加载，并通过掘进口开挖巷道，同步的通过控制中心收集对应参数数据，直至开挖结束。