CN106290783B - 卧式多角度矿山开采平面相似模拟实验装置及实验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种卧式多角度矿山开采平面相似模拟实验装置及实验方法。所述的平面相似模拟实验装置包括加载装置、填模装置、提升装置、固定装置以及实验架，所述的实验架内侧为长方形框，所述的加载装置固定在实验架内侧，所述的填模装置为长方体，填模装置的下端与实验架铰接，所述的提升装置分别与实验架和填模装置的上端相连。本发明通过将填模装置平放进行相似材料的装填并压实，可以使装填步骤更加简便安全，工作量小，而且通过装设与底边成不同角度的模板，可进行任意倾角煤、岩层的相似模型的铺设。本发明旨在提供一种简便、安全、工作量小、适用性强的矿山开采平面相似模拟实验装置。

Description

卧式多角度矿山开采平面相似模拟实验装置及实验方法
技术领域
本发明涉及一种矿山开采平面相似模拟实验装置，特别涉及一种卧式多角度矿山开采平面相似模拟实验装置及实验方法。
背景技术
由于矿山岩体是一种属性极其复杂的复合介质，开采引起的岩层与地表移动是一个复杂的力学过程。在矿山开采活动的影响下，岩体中的不同部分、不同时间发生着不同类型的变形和破坏现象，而且这些现象形成的过程具有不可见、不可接触性，为理论研究和现场实际观测带来较大的困难。同时，在矿山真实开采条件下进行现场研究，不仅工作量大，历时时间长、而且费用高，并且对采区布置参数、开采工艺及开采顺序的改变十分困难，测试手段和观测方法也受到矿山现场实际的限制。因此，通过实验室采用相似材料模拟的手段来再现矿山开采过程，成为研究其内在规律的一种有效手段。
相似材料模拟实验是一种以相似理论为基础，通过一定的相似材料模型在相似模拟实验装置中进行矿山实际工程问题的研究。传统的相似模拟实验装置的相似材料的填埋，大多在竖直分层装填，通常适用于模拟地质条件较好、煤层倾角较小的模拟实验，且工作量大、困难，并在操作过程中具有一定危险性。而面对急倾斜或大倾角煤层的相似材料装填时，在竖直分层装填会出现砂浆因分层倾角较大而下滑，出现装填困难、装填工序复杂等问题；且大多传统的相似模拟实验装置仅施加一定的竖向压力，而横向力靠支架反力作用施加，却无法控制其大小，对相似模拟结果的准确度产生了一定影响。
发明内容
为了解决现有相似材料模拟实验存在的上述技术问题，本发明旨在提供一种简便、安全、工作量小、适用性强的卧式多角度矿山开采平面相似模拟实验装置及实验方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种卧式多角度矿山开采平面相似模拟实验装置，包括加载装置、填模装置、提升装置以及实验架，所述的实验架内侧为长方形框，所述的加载装置固定在实验架内侧，所述的填模装置为长方体，填模装置的下端与实验架铰接，所述的提升装置分别与实验架和填模装置的上端相连。
上述的卧式多角度矿山开采平面相似模拟实验装置中，所述的加载装置是由竖向加载千斤顶、竖向加载梁、侧向加载千斤顶、侧向加载梁组成。
上述的卧式多角度矿山开采平面相似模拟实验装置中，所述的填模装置是由模框上护板、模框侧护板、模框底板、模框上部紧固板、模板、钢化玻璃板、模框下部紧固板组成；其中模框上护板与侧护板之间交接处、模框侧护板与模框底板之间交接处均采用齿形结合，并留有齿缝间隙，齿形结合外侧分别利用模框上部紧固板、模框下部紧固板进行密封固定。
上述的卧式多角度矿山开采平面相似模拟实验装置中，所述的提升装置包括电动机、提升绳、导向轮、模框提升套环，所述的导向轮固定于实验架顶部，模框提升套环设置于填模装置的上部，提升绳一端与电动机输出端相连，另一端经导向轮与模框提升套环相连。
上述的卧式多角度矿山开采平面相似模拟实验装置中，还包括一固定索，固定索的一端固定于实验架顶梁上，另一端固定于填模装置上部。
一种卧式多角度矿山开采平面相似模拟实验装置的实验方法，包括以下步骤：（1）通过提升装置将模框装置放平；（2）在平放的模框底部边框处安装钢化玻璃板；（3）在模框内安装分层模板；（4）进行分层相似材料的装填及压实；（5）装填完毕后，待相似材料凝固好；（6）通过提升装置将模框提升立起至竖直；（7）通过固定索将模框固定在实验架上；（8）待模型自然风干至相似材料强度稳定后，依次将钢化玻璃板、模框上部紧固板、模框下部紧固板拆除；（9）根据所需荷载大小对相似模型进行竖向及横向加载，进行相应的相似实验。
本发明的有益效果在于：本发明通过将填模装置平放进行相似材料的分层装填并压实，可以使装填步骤更加简便安全，工作量小。而且通过分层模板与底边成不同的角度的装设，可分层装填任意倾角煤、岩层的模模型进行模拟实验。本发明中的提升装置灵活性较大，可以采用实际需要选用小绞车、小型提升电动机、电或手提葫芦等提升设备。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的实施图主视图。
图3为本发明的实施图左视图。
图4为本发明的实施图俯视图。
附图中的说明：
1——架顶提升导向轮，2——提升支撑柱，3——提升支撑斜柱，4——竖向加载千斤顶，5——侧向加载千斤顶，6——实验架，7——底座，8——竖向加载梁，9——侧向加载梁，10——模框上护板，11——模框侧护板，12——模框底板，13——合页，14——固定索，15——提升绳，16——导向轮，17——模框上部紧固板，18——模框提升套环，19——模框下部紧固板，20——钢化玻璃板，21——螺钉，22——电动机，23——模板，24——已装填的相似材料。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的详细说明。
如图1、图2、图3、图4所示，本发明包括加载装置、填模装置、提升装置、固定装置以及实验架。其中加载装置由竖向加载千斤顶4、竖向加载梁8、侧向加载千斤顶5、侧向加载梁9组成；所述的实验架内侧为长方形框，所述的填模装置是由模框上护板10、模框侧护板11、模框底板12、模框上部紧固板17、钢化玻璃板20、模框下部紧固板19组成一个长方体结构，其中模框上护板10与侧护板11之间交接处、模框侧护板11与模框底板12之间交接处均采用齿形结合，并留有齿缝间隙，齿形结合外侧分别利用模框上部紧固板17、模框下部紧固板19进行密封固定。用合页将模框底板12与实验架下端的底座7铰接，所述的加载装置固定在实验架6内侧，所述的提升装置分别与实验架和填模装置的上端相连。所述的提升装置包括电动机22、提升绳15、导向轮16、提升支撑柱2、提升支撑斜柱3、模框提升套环18，所述的导向轮16固定于实验架6顶部，模框提升套环18设置于填模装置的上部，提升绳15一端与电动机22输出端相连，另一端经导向轮16与模框提升套环18相连。固定索14的一端固定于实验架顶梁上，另一端固定于模框上护板10上。
本发明的实施过程如下：首先对竖向加载千斤顶4、侧向加载千斤顶5进行卸载，使竖向加载梁8、侧向加载梁9与模框上护板10、模框侧护板11脱离一定间隙；然后安装模框上部紧固板17、模框下部紧固板19；下一步将固定索14从实验架6顶梁卸下；下一步将提升绳15绑在模框提升套环18上，反向开启提升电动机22将模框缓缓放至水平；下一步将钢化玻璃板20安装在模框底部边框处；下一步使用木质垫板对水平放倒的模框进行衬垫；下一步将提升绳15从模框提升套环18上卸下以便下一步工序的进行；下一步将符合实验需要的预制模板23安装在模框内已标定位置处；下一步在水平模框内进行相似材料的装填，待该部分材料装填完毕后达到一定程度的凝固后，卸下已安装的模板，将下一块模板安装到标定位置处，然后进行另一种相似材料的装填，以此循环至装填完毕，待相似材料模型风干至一定程度后，将提升绳15再次绑在模框提升套环18上并开启提升电动机22，将模框拉起至竖直位置为止；下一步将固定索14再次安装在实验架6顶梁上对模框进行防倒固定；下一步将模框上部紧固板17、模框下部紧固板19再次拆下；下一步对竖向加载千斤顶4、侧向加载千斤顶5进行预加载，使竖向加载梁8、侧向加载梁9与模框上护板10、模框侧护板11紧密接触为止；下一步根据实验需要对相似模型进行竖向、横向加载。

Claims (3)

1.一种卧式多角度矿山开采平面相似模拟实验装置，其特征在于：包括加载装置、填模装置、提升装置以及实验架，所述的实验架内侧为长方形框，所述的加载装置固定在实验架内侧，所述的填模装置为长方体，填模装置的下端与实验架铰接，所述的提升装置分别与实验架和填模装置的上端相连；所述的加载装置是由竖向加载千斤顶、竖向加载梁、横向加载千斤顶、横向加载梁组成；所述的填模装置是由模框上护板、模框侧护板、模框底板、模板、模框上部紧固板、钢化玻璃板、模框下部紧固板组成；其中模框上护板与侧护板之间交接处、模框侧护板与模框底板之间交接处均采用齿形结合，并留有齿缝间隙，齿形结合外侧分别利用模框上部紧固板、模框下部紧固板进行密封固定；所述的提升装置包括电动机、提升绳、导向轮、模框提升套环，所述的导向轮固定于实验架顶部，模框提升套环设置于填模装置的上部，提升绳一端与电动机输出端相连，另一端经导向轮与模框提升套环相连。
2.根据权利要求1所述的卧式多角度矿山开采平面相似模拟实验装置，其特征在于：还包括一固定索，固定索的一端固定于实验架顶梁上，另一端固定于填模装置上部。
3.一种如权利要求1所述的卧式多角度矿山开采平面相似模拟实验装置的实验方法，包括以下步骤：（1）通过提升装置将模框装置放平；（2）在平放的模框底部边框处安装钢化玻璃板；（3）在模框内安装分层模板；（4）进行分层相似材料的装填及压实；（5）装填完毕后，待相似材料凝固好；（6）通过提升装置将模框提升立起至竖直；（7）通过固定索将模框固定在实验架上；（8）待模型自然风干至相似材料强度稳定后，依次将钢化玻璃板、模框上部紧固板、模框下部紧固板拆除；（9）根据所需荷载大小对相似模型进行竖向及横向加载，进行相应的相似实验。
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