CN108519269B - 一种裂隙预制装置及裂隙制作方法 - Google Patents

一种裂隙预制装置及裂隙制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种裂隙预制装置，包括多个裂隙片(1)、裂隙片载体和裂隙片固定盒，所述裂隙片固定盒包括水平设置的固定杆(2)，在所述固定杆(2)上设置有多个通孔(3)，在其中两个所述通孔(3)处活动连接有滑道(4)，所述滑道(4)和所述通孔(3)之间采用角度固定扣(5)连接，所述滑道(4)能够以所述角度固定扣(5)为轴在左右方向上自由旋转，所述裂隙片载体为长条形，在其上设置有多个裂隙片固定扣(6)，数量与所述通孔(3)的数量一致，在所述裂隙片固定扣(6)上活动连接有所述裂隙片(1)。本发明所述的裂隙预制装置结构简单、成本低、操作简便。

Description

一种裂隙预制装置及裂隙制作方法
技术领域
本发明涉及矿山机械领域，特别是涉及一种用于相似模拟系统的裂隙预制装置及采用所述装置进行裂隙制作的方法。
背景技术
目前大量地下洞室、矿山、边坡以及相关工程在进行开挖、支护等活动时，节理将会发生扩展演化，降低围岩的稳定性。为有效地限制裂隙岩体的渐进破坏，需要对多裂隙岩体三维裂纹扩展机理进行研究，并建立相应的分析方法，将成果应用到地下洞室、边坡等大型岩体工程的稳定性评价中，对此，三维相似模拟实验材料中预制裂隙，进而研究三维裂纹扩展过程和岩层垮落特征都是十分必要的，研究裂隙预制装置及裂隙制作方法也是必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、操作简便的裂隙预制装置。
一种裂隙预制装置，包括多个裂隙片、裂隙片载体和裂隙片固定盒，所述裂隙片固定盒包括水平设置的固定杆，在所述固定杆上设置有多个通孔，在其中两个所述通孔处活动连接有滑道，所述滑道为中空管状结构，所述滑道和所述通孔之间采用角度固定扣连接，所述滑道的两端分别处在所述角度固定扣的上部和下部，且所述滑道能够以所述角度固定扣为轴在左右方向上自由旋转；
所述裂隙片载体为长条形，在其上设置有多个裂隙片固定扣，数量与所述通孔的数量一致，在所述裂隙片固定扣上活动连接有所述裂隙片。
本发明所述的裂隙预制装置，其中，多个所述裂隙片规格相同或者具有多种规格。
本发明所述的裂隙预制装置，其中，所述裂隙片固定盒还包括两个固定柱，在所述固定柱下端固定有垫片，所述固定杆的两端分别固定在两个所述固定柱的上端。
本发明所述的裂隙预制装置，其中，多个所述通孔以及多个所述裂隙片固定扣均为等距分布，且相邻两个所述通孔之间的距离与相邻两个所述裂隙片固定扣之间的距离相等。
本发明所述的裂隙预制装置，其中，所述滑道的横截面以及所述通孔均为长方形，尺寸设计为能够使所述裂隙片穿过；所述裂隙片能够以所述裂隙片固定扣为轴在左右方向上自由旋转。
本发明所述的裂隙预制装置，其中，所述固定杆长为500mm，相邻两个所述通孔之间以及相邻两个所述裂隙片固定扣之间的距离为20mm；固定柱为伸缩杆结构，伸缩区间为70-100mm，所述滑道的长度为20mm，在距离所述滑道的上端5mm处固定有所述角度固定扣。
本发明所述的裂隙预制装置，其中，多个所述裂隙片的长度在95-115mm之间，厚度在2.5-5.5mm之间，宽度在1-4mm之间。
本发明所述的裂隙预制装置，其中，所述垫片为铁片，长度和宽度分别为300mm和100mm。
采用本发明所述的裂隙预制装置制作裂隙的方法，包括如下步骤：
在相似模拟系统内进行裂隙的制作，所述相似模拟系统包括模型支架和设置在其内部的煤层和其他岩层，在所述煤层的上部5H、10H和20H位置处分别设置包括多种裂隙的第一裂隙带、第二裂隙带和第三裂隙带，其中，H为煤层高度，所述第一裂隙带的长和宽分别为2200mm和1000mm，所述第二裂隙带的长和宽分别为1100mm和500mm，所述第三裂隙带的长和宽分别为500mm和250mm；
根据需要，在裂隙片载体上间隔一定距离安装随机抽取的裂隙片，如果所述裂隙片规格相同，则固定裂隙预制装置，调整到预设的角度，固定滑道，将所述裂隙片载体按下，形成裂隙，然后拔起，调整所述裂隙片到反向相同角度，固定所述滑道，并将裂隙预制装置略微偏移一定距离，保证在界面处裂隙形成点相同，形成“反V”型裂隙，如果不偏移，则形成“V”型；
如果继续再在旁边预制同样一个“V”型裂隙，形成连接，则形成一个“W”型裂隙；
如果所述裂隙片采用的是随机长度，则会形成一系列随机裂隙；
如果预制随机裂隙，则所述裂隙片每次在使用一次之后全部更换，以保证裂隙的随机性；
裂隙制作完成后，在所述第一裂隙带中的裂隙间距为130-150mm，在所述第二裂隙带中的裂隙间距为90-110mm，在所述第三裂隙带中的裂隙间距为60-80mm，所有裂隙宽度为2.5-5.5mm，所有裂隙均以细中砂充填，填平。
本发明裂隙预制装置与现有技术不同之处在于：
本发明展开了三维相似模拟试验中含水层中裂隙发育的研究，设计出了裂隙预制装置。
本发明裂隙预制装置与现有技术不同之处在于：
本发明裂隙预制装置可以根据实验要求，在相似模拟实验的骨料平面上预制裂隙，以达到在煤层上方的岩层中预制裂隙的目的，因为实际生产中，当煤层开挖后，岩层都会受到不同程度的扰动，从而产生裂隙，这样模拟岩层在后续的垮落中更贴近的实际生产；
本发明裂隙预制装置简单快速，科学合理，成本低，效率高。
下面结合附图对本发明的裂隙预制装置作进一步说明。
附图说明
图1为本发明裂隙预制装置的剖面结构示意图；
图2为本发明裂隙预制装置中裂隙片固定盒的俯视结构示意图；
图3为采用本发明裂隙预制装置制作随机裂隙的流程示意图。
具体实施方式
如图1～图3所示，本发明裂隙预制装置包括多个裂隙片1、裂隙片载体9和裂隙片固定盒，裂隙片固定盒包括水平设置的固定杆2，在固定杆2上设置有多个通孔3，在其中两个通孔3处活动连接有滑道4，滑道4为中空管状结构，滑道4和通孔3之间采用角度固定扣5连接，滑道4的两端分别处在角度固定扣5的上部和下部，且滑道4能够以角度固定扣5为轴在左右方向上自由旋转；
裂隙片载体9为长条形，在其上设置有多个裂隙片固定扣6，数量与通孔3的数量一致，在裂隙片固定扣6上活动连接有裂隙片1。
以下为优选技术方案：
多个裂隙片1规格相同或者具有多种规格。
裂隙片固定盒还包括两个固定柱7，在固定柱7下端固定有垫片8，主要作用为增大接触面积，减小压强，这样在制作裂隙的时候不会对铺设的岩层有影响，固定杆2的两端分别固定在两个固定柱7的上端。
多个通孔3以及多个裂隙片固定扣6均为等距分布，且相邻两个通孔3之间的距离与相邻两个裂隙片固定扣6之间的距离相等。
滑道4的横截面以及通孔3均为长方形，尺寸设计为能够使裂隙片1穿过；裂隙片1能够以裂隙片固定扣6为轴在左右方向上自由旋转。
角度固定扣5为现有技术中任意的可以实现改变滑道4的角度并固定的装置，优选如下，滑道4的两侧分别具有一个角度固定扣5，滑道4与固定杆2相交的地方有2根铁杆，铁杆由贴片固定在固定杆2上，通过旋紧螺丝就可以固定滑道4的角度。裂隙片固定扣6为现有技术。
固定杆2长为500mm，相邻两个通孔3之间以及相邻两个裂隙片固定扣6之间的距离为20mm；固定柱7为伸缩杆结构，伸缩区间为70-100mm，滑道4的长度为20mm，在距离滑道4的上端5mm处固定有角度固定扣5。多个裂隙片1的长度在95-115mm之间，厚度在2.5-5.5mm之间，宽度在1-4mm之间。因此可以通过调节固定柱7的高度和滑道4的角度，做出各种角度和长度的预制裂隙；垫片8为铁片，长度和宽度分别为300mm和100mm。
采用裂隙预制装置制作裂隙的方法，包括如下步骤：
在相似模拟系统内进行裂隙的制作，相似模拟系统包括模型支架和设置在其内部的煤层和其他岩层，在煤层的上部5H、10H和20H位置处分别设置包括多种裂隙的第一裂隙带、第二裂隙带和第三裂隙带，其中，H为煤层高度，第一裂隙带的长和宽分别为2200mm和1000mm，第二裂隙带的长和宽分别为1100mm和500mm，第三裂隙带的长和宽分别为500mm和250mm；
根据需要，在裂隙片载体9上间隔一定距离安装随机抽取的裂隙片1，如果裂隙片1规格相同，则固定裂隙预制装置，调整到预设的角度，固定滑道4，将裂隙片载体9按下，形成裂隙，然后拔起，调整裂隙片1到反向相同角度，固定滑道4，并将裂隙预制装置略微偏移一定距离，保证在界面处裂隙形成点相同，形成“反V”型裂隙，如果不偏移，则形成“V”型；
如果继续再在旁边预制同样一个“V”型裂隙，形成连接，则形成一个“W”型裂隙；
如果裂隙片1采用的是随机长度，则会形成一系列随机裂隙，图3为随机裂隙的制作流程示意图；
如果预制随机裂隙，则裂隙片1每次在使用一次之后全部更换，以保证裂隙的随机性；
裂隙制作完成后，在第一裂隙带中的裂隙间距为130-150mm，在第二裂隙带中的裂隙间距为90-110mm，在第三裂隙带中的裂隙间距为60-80mm，所有裂隙宽度为2.5-5.5mm，所有裂隙均以细中砂充填，填平。
预制裂隙强调随机性，因此多个裂隙片1的长度分别为95-115mm之间，即裂隙之间的长度差在5mm左右，具体的裂隙长度由人为的压力控制；裂隙片1的厚度在2.5-5.5mm之间，裂隙片1的宽度在1-4mm之间，每次使用时均随机安装组成，因此最后得出角度一致，但长度宽度和厚度不一致，且随机的裂隙会保证形成众多W、V、反V和斜杠型等多种裂隙形态，且二者之间不会贯通，只会形成一种随机的预制裂隙形态，裂隙片载体9每次使用一次之后更换所有裂隙片1，以保证裂隙的随机性；第一裂隙带间距较大，设为120-140mm，第二裂隙带的裂隙间距设为90-110mm，在第三裂隙带裂隙间距设为60-80mm，裂隙间距即每一次裂隙片载体9上的裂隙片1之间使用的间距。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种裂隙预制装置，其特征在于：包括多个裂隙片(1)、裂隙片载体(9)和裂隙片固定盒，所述裂隙片固定盒包括水平设置的固定杆(2)，在所述固定杆(2)上设置有多个通孔(3)，在其中两个所述通孔(3)处活动连接有滑道(4)，所述滑道(4)为中空管状结构，所述滑道(4)和所述通孔(3)之间采用角度固定扣(5)连接，所述滑道(4)的两端分别处在所述角度固定扣(5)的上部和下部，且所述滑道(4)能够以所述角度固定扣(5)为轴在左右方向上自由旋转；
所述裂隙片载体(9)为长条形，在其上设置有多个裂隙片固定扣(6)，数量与所述通孔(3)的数量一致，在所述裂隙片固定扣(6)上活动连接有所述裂隙片(1)；
所述滑道(4)的横截面以及所述通孔(3)均为长方形，尺寸设计为能够使所述裂隙片(1)穿过；所述裂隙片(1)能够以所述裂隙片固定扣(6)为轴在左右方向上自由旋转；
多个所述裂隙片(1)规格相同或者具有多种规格；
所述裂隙片固定盒还包括两个固定柱(7)，在所述固定柱(7)下端固定有垫片(8)，所述固定杆(2)的两端分别固定在两个所述固定柱(7)的上端；
多个所述通孔(3)以及多个所述裂隙片固定扣(6)均为等距分布，且相邻两个所述通孔(3)之间的距离与相邻两个所述裂隙片固定扣(6)之间的距离相等；
多个所述裂隙片(1)的长度在95-115mm之间，厚度在2.5-5.5mm之间，宽度在1-4mm之间。
2.根据权利要求1所述的裂隙预制装置，其特征在于：所述固定杆(2)长为500mm，相邻两个所述通孔(3)之间以及相邻两个所述裂隙片固定扣(6)之间的距离为20mm；固定柱(7)为伸缩杆结构，伸缩区间为70-100mm，所述滑道(4)的长度为20mm，在距离所述滑道(4)的上端5mm处固定有所述角度固定扣(5)。
3.根据权利要求2所述的裂隙预制装置，其特征在于：所述垫片(8)为铁片，长度和宽度分别为300mm和100mm。
4.采用权利要求3所述的裂隙预制装置制作裂隙的方法，其特征在于：包括如下步骤：
在相似模拟系统内进行裂隙的制作，所述相似模拟系统包括模型支架和设置在其内部的煤层和其他岩层，在所述煤层的上部5H、10H和20H位置处分别设置包括多种裂隙的第一裂隙带、第二裂隙带和第三裂隙带，其中，H为煤层高度，所述第一裂隙带的长和宽分别为2200mm和1000mm，所述第二裂隙带的长和宽分别为1100mm和500mm，所述第三裂隙带的长和宽分别为500mm和250mm；
根据需要，在裂隙片载体(9)上间隔一定距离安装随机抽取的裂隙片(1)，如果所述裂隙片(1)规格相同，则固定裂隙预制装置，调整到预设的角度，固定滑道(4)，将所述裂隙片载体(9)按下，形成裂隙，然后拔起，调整所述裂隙片(1)到反向相同角度，固定所述滑道(4)，并将裂隙预制装置略微偏移一定距离，保证在界面处裂隙形成点相同，形成“反V”型裂隙，如果不偏移，则形成“V”型；
如果继续再在旁边预制同样一个“V”型裂隙，形成连接，则形成一个“W”型裂隙；
如果所述裂隙片(1)采用的是随机长度，则会形成一系列随机裂隙；
如果预制随机裂隙，则所述裂隙片(1)每次在使用一次之后全部更换，以保证裂隙的随机性；
裂隙制作完成后，在所述第一裂隙带中的裂隙间距为130-150mm，在所述第二裂隙带中的裂隙间距为90-110mm，在所述第三裂隙带中的裂隙间距为60-80mm，所有裂隙宽度为2.5-5.5mm，所有裂隙均以细中砂充填，填平。
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