CN106324221A - 一种巷道掘进相似模拟实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种巷道掘进相似模拟实验装置，由法兰顶盘、法兰底盘、焊接顶法兰、焊接底法兰、外筒、内管、垫片、堵头构成，适用于定性模拟井巷掘进过程中巷道前方岩体受力状态。利用膨胀剂反应后体积膨胀的特性，外筒罐体产生弹性形变，在密闭空间内能够为周围岩体提供压力，并由罐体有效保持膨胀力。模拟掘进过程中，打开法兰顶盘上的堵头，即可进行掘进。该装置结构简单，膨胀剂反应后体积恒定，能够保持对周围岩体的压力，可以定性分析巷道掘进过程中前方岩体受力状态，有效解决了传统设备操作复杂、容易出现机械故障、千斤顶难以长时间稳压的问题，具有较强的实用性。

Description

一种巷道掘进相似模拟实验装置
技术领域
本发明涉及一种巷道掘进相似模拟实验装置，适用于定性模拟井巷掘进过程中巷道前方岩体受力状态。
背景技术
相似模拟研究是指在实验室内按相似原理制作与原型相似的模型，借助测试仪器观测模型内力学参数及其分布规律，利用在模型上研究的结果，借以推断原型中可能发生的力学现象以及岩体压力分布的规律，从而解决岩体工程生产中的实际问题。在岩体压力模拟研究中，模拟实验能够辅助现场岩体实测的研究，清楚、方便地研究大范围岩体内应力分布状态和变形规律，给工程施工提供有价值的参考数据。目前的巷道掘进相似模拟实验架顶部使用千斤顶对刚性板加载的方式，千斤顶压头处的受力大，而外缘受力小，加载不匀，且其结构复杂，千斤顶难以维压，容易机械故障。因此，需要一套结构简单、能够有效保持应力的巷道掘进相似模拟实验装置。
发明内容
鉴于已有设备存在的不足，本发明设计了一种巷道掘进相似模拟实验装置，其结构简单，容易操作，利用膨胀剂给系统提供压力。整套装置受力均匀，并能够长时间保持有效应力。
本发明包括法兰顶盘(1)、法兰底盘(2)、焊接顶法兰(3)、焊接底法兰(4)、外筒(5)、内管(6)、垫片(7)、堵头(8)。法兰顶盘(1)为DN100法兰盖，外径205mm、厚度8mm，距其圆心40mm处，车出直径30mm的掘进孔(8)，并攻丝。沿着垂直于法兰顶盘(1)圆心与掘进孔(9)圆心连线的直径，将法兰顶盘(1)两端分别向内切削3mm。焊接顶法兰(3)、焊接底法兰(4)为DN100法兰，其外径205mm、厚度8mm，将其内径车至133mm，将其沿某一直径两端分别向内切削3mm，使得整套装置能够平稳放置。法兰底盘(2)为DN100法兰盖，其密封面攻M3.5螺孔，螺孔孔深5mm，用于固定垫片(7)；垫片(7)为直径28mm，厚度5mm的碳素钢块，圆心处攻M3.5螺孔。外筒(5)为外径133mm、内径123mm、高度300mm的碳素钢管，在其外壁攻4个M16螺孔用于布置传感器，各孔间距50mm，且第一个螺孔距离外筒(5)顶面距离为50mm。将外筒(5)顶面焊接上焊接顶法兰(3)、外筒(5)底面焊接上焊接底法兰(4)，切焊接顶(底)法兰被切削的直边垂直于4个M16螺孔圆心连线。通过螺杆将法兰顶盘(1)与焊接顶法兰连接、法兰底盘(5)与焊接底法兰(4)连接。内管(6)为外径32mm、内径28mm、高度312mm的碳素钢管。堵头(7)为直径30mm螺丝堵头，用于封堵掘进孔(10)。
本发明一种巷道掘进相似模拟实验装置，将调配完成的膨胀剂灌入内管(6)形成的圆孔中，然后使用法兰顶盘密封。利用膨胀剂反应产生体积膨胀，外筒(5)罐体产生弹性形变，实现对周围岩体施加应力。本发明结构简单，膨胀剂反应后体积恒定，罐体能够保持对周围岩体的压力。适用于定性分析掘进过程中巷道前方岩体受力状态。
附图说明
图1是装置组合效果示意图；
图2是法兰顶盘立体示意图；
图3是法兰底盘立体示意图；
图4是焊接顶(底)法兰立体示意图；
图5是外筒立体示意图；
图6是内管立体示意图；
图7是垫片立体示意图；
图8是堵头立体示意图。
图中：1-法兰顶盘；2-法兰底盘；3-焊接顶法兰；4-焊接底法兰；5-外筒；6-内管；7-垫片；8-堵头；9-掘进孔。
具体实施方式
下面将结合附图，以一个煤巷掘进实施例对本发明作进一步的描述：
本发明主要由法兰顶盘(1)、法兰底盘(2)、焊接顶法兰(3)、焊接底法兰(4)、外筒(5)、内管(6)、垫片(7)、堵头(8)组成。其中，焊接顶法兰(3)焊接于外筒(5)的顶面，用于连接法兰顶盘(1)；焊接底法兰(4)焊接于外筒(5)的底面，用于连接法兰底盘(5)；同时焊接顶(底)法兰被切削的直边垂直于4个M16螺孔圆心连线。使用前，垫片(7)通过螺丝与法兰底盘(2)连接，然后将法兰底盘(2)与外筒(5)通过焊接底法兰(4)连接；外筒(5)M16螺孔旁分别沿圆周方向贴4枚应变片，四个螺孔均使用M16螺栓密封。内管(6)插入垫片(7)中固定后，将配制完成的粉煤倒入外筒(5)与内管(7)之间的圆环状空间里。使用压力机压实粉煤后，将内管(6)从装置中抽出，再将配制的膨胀剂浆体灌入内管(6)留下的圆筒空间。使用法兰顶盘(1)将外筒(5)密封，并使用堵头(8)密封掘进孔(9)。在膨胀剂反应过程中，使用应变采集仪采集外筒(5)外壁的应变。膨胀剂充分反应后，为保证煤体充分胶结，继续保养两周。卸掉堵头(8)，通过掘进孔(9)，使用钻杆对煤体进行掘进过程模拟，并实时采集外筒(5)外壁的应变值。

Claims (4)

1.一种巷道掘进相似模拟实验装置，由法兰顶盘(1)、法兰底盘(2)、焊接顶法兰(3)、焊接底法兰(4)、外筒(5)、内管(6)、垫片(7)、堵头(8)构成，其特征在于：焊接顶(底)法兰(3)焊接在外筒(5)的上(下)端面上，通过螺栓分别连接法兰顶盘(1)、法兰底盘(2)与焊接顶(底)法兰，用以密封装置；垫片(7)与法兰底盘(2)之间使用螺丝紧固。
2.根据权利要求1所述的一种巷道掘进相似模拟实验装置，其特征在于法兰顶盘(1)距其圆心40mm处有直径30mm的掘进孔(8)；其特征在于膨胀剂反应期间，堵头(8)通过掘进孔(9)封堵法兰顶盘。
3.根据权利要求1所述的一种巷道掘进相似模拟实验装置，其特征在于外筒(5)外壁有4个M16螺孔用于布置传感器，孔间距为50mm。
4.根据权利要求1所述的一种巷道掘进相似模拟实验装置，其特征在于膨胀剂浆体灌入内管(6)后发生化学反应，利用其体积膨胀的特性，为整套装置提供稳定的围岩压力。
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