CN112595481B - 一种巷道吸能支护相似模拟实验装置 - Google Patents

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Abstract

一种巷道吸能支护相似模拟实验装置，其特征在于：它包括底座（1）、模型箱（2）、相似模型（3）和巷道（4），模型箱（2）放置在底座（1）上，相似模型（3）放置在模型箱（2）内,巷道（4）设置在相似模型（3）内，巷道（4）内放置多个吸能支护模拟装置（5）；模型箱（2）的左、右及上部加装有对相似模型（3）加载的加载装置，左右侧的加载装置通过压板（8）对相似模型（3）施加载荷，上部的加装装置直接对相似模型（3）加载，通过加载装置的加载对巷道（4）施加模拟载荷，从而对巷道内安装的吸能支护模拟装置（5）产生作用力，通过测量吸能支护模拟装置（5）的反作用力获得实际支护的受力状态，进而为支护的设计提供依据。本发明结构简单，试验准确可靠。

Description

一种巷道吸能支护相似模拟实验装置
技术领域
本发明涉及一种矿山安全技术，尤其是一种矿山巷道支护技术，具体地说是一种巷道吸能支护相似模拟实验装置。
背景技术
冲击地压是煤矿井下巷道或工作面周边的煤岩体中聚集的大量弹性变形能突然大量释放，快速破坏煤岩体，并产生强烈震动的矿井动力灾害，冲击地压常导致井巷破坏、设备损坏、人员伤亡、工作面停产。冲击地压能否发生与支护形式密切相关，有效的支护形式可以减小冲击发生的几率，同时在冲击发生时，减小冲击地压造成的破坏和损失。对煤矿巷道抗震防冲能力进行评估并进行防冲支护优化设计，是防治和减弱冲击地压造成的破坏和损失的有效途径之一。吸能支护是巷道防治冲击地压的重要途径。目前，不同地质和开采条件下的巷道对吸能支护是否需求，何为有效的吸能支护形式，吸能支护的作用机制是什么，如何定量评价吸能支护巷道防冲能力，等问题还不清楚，还没有形成有效的冲击地压巷道吸能支护设计理论。主要原因是缺乏有效的实验研究设备和方法。
发明内容
本发明的目的是针对矿山巷道冲击地压与吸能支护之间的关系因缺少相应的实验装置而对其作用机理了解不清的问题，设计一种巷道吸能支护相似模拟实验装置。
本发明的技术方案是：
一种巷道吸能支护相似模拟实验装置，其特征在于：它包括底座1、模型箱2、相似模型3和巷道4，模型箱2放置在底座1上，相似模型3放置在模型箱2内, 巷道4设置在相似模型3内，巷道4内放置多个吸能支护模拟装置5；模型箱2的左、右及上部加装有对相似模型3加载的加载装置，左右侧的加载装置通过压板8对相似模型3施加载荷，上部的加装装置直接对相似模型3加载，通过加载装置的加载对巷道4施加模拟载荷，从而对巷道内安装的吸能支护模拟装置5产生作用力，通过测量吸能支护模拟装置5的反作用力获得实际支护的受力状态，进而为支护的设计提供依据；所述的吸能支护模拟装置5包括主轴51，主轴51上间隔安装有多组薄块52，一组两个，薄块52通过螺纹固定在主轴51上，薄块52上安装有滑动杆53，滑动杆53上套有弹簧54，弹簧54前端有安装在滑动杆53上的限位环55；滑动杆53前端抵触压力盒56，压力盒56放置在挡板57的固定槽58内；所述主轴51根据安装位置的不同，共截面形状有拱形和圆形两种结构，主轴51端头放置在支撑板6的滑动槽61中；所述支撑板6通过螺纹固定在底座1上，支撑板6侧面安装有开有螺纹孔的薄块62，薄块62上安装有螺杆63；螺杆63旋转带动主轴51上固接薄块52移动，固接薄块52压缩弹簧54，滑动杆53抵紧压力盒56，压力盒56抵紧挡板57，对巷道4施加初撑力；所述的左右侧的加载装置包括模型箱2左右侧安装的水平液压缸7，水平液压缸7前端连接压板8，压板8在水平液压缸7带动下抵紧模型箱2内的相似模型3，对相似模型3施加水平载荷；上部加载装置包括底座1上部安装的竖直液压缸9，竖直液压缸9前端通过销子10连接有顶梁11, 顶梁11上安装有带销子12的冲击杆13，顶梁11和冲击杆13在竖直液压缸9带动下抵紧模型3顶部的垫板14，垫板14对模型3施加竖直载荷；去掉销子12，则所述冲击杆11顶部接受所安装的霍普金森杆、落锤施加的冲击力15，击打垫板14对相似模型3施加动载荷。
所述模型箱2前后有透明挡板16，透明挡板16固定在模型箱2上，或在液压缸17的作用下抵紧模型。
所述巷道4内多个吸能支护模拟装置5支撑巷道4表面的不同部位，其中圆柱形主轴用于支撑巷道4的水平左右两侧，其上安装的薄块52呈180度夹角布置，拱形主轴用于支撑巷道顶部，其上安装的薄块52呈大于90度，小于180度夹角布置。
所述巷道4截面不同部位的弹簧54相同或不同。
所述巷道4走向不同部位的弹簧54相同或不同。
本发明的有益效果是：
本发明利用巷道吸能支护相似模拟实验装置，可研究揭示巷道吸能支护机理，形成完善的防冲支护吸能支护理论和方法，对煤矿现有支护条件下巷道的抗震防冲能力进行校核，确定巷道抵御矿震动载的量级，为冲击地压巷道吸能支护设计和合理参数确定提供全面的理论依据。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的吸能支护的结构示意图。
图3是本发明的主轴结构示意图。
图4是本发明的支撑板结构示意图之一。
图5是本发明的支撑板结构示意图之二。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步有说明。
如图1-5所示。
一种巷道吸能支护相似模拟实验装置，它包括底座1、模型箱2、相似模型3和巷道4，模型箱2放置在底座1上，相似模型3放置在模型箱2内, 巷道4设置在相似模型3内，巷道4内放置多个吸能支护模拟装置5，如图1所示，模型箱2的左、右及上部加装有对相似模型3加载的加载装置，左右侧的加载装置通过压板8对相似模型3施加载荷，上部的加装装置直接对相似模型3加载，通过加载装置的加载对巷道4施加模拟载荷，从而对巷道内安装的吸能支护模拟装置5产生作用力，通过测量吸能支护模拟装置5的反作用力获得实际支护的受力状态，进而为支护的设计提供依据，所述的左右侧的加载装置包括模型箱2左右侧安装的水平液压缸7，水平液压缸7前端连接压板8，压板8在水平液压缸7带动下抵紧模型箱2内的相似模型3，对相似模型3施加水平载荷；上部加载装置包括底座1上部安装的竖直液压缸9，竖直液压缸9前端通过销子10连接有顶梁11, 顶梁11上安装有带销子12的冲击杆13，顶梁11和冲击杆13在竖直液压缸9带动下抵紧模型3顶部的垫板14，垫板14对模型3施加竖直载荷；去掉销子12，则所述冲击杆11顶部接受所安装的霍普金森杆、落锤施加的冲击力15，击打垫板14对相似模型3施加动载荷。所述的吸能支护模拟装置5如图2所示，它包括主轴51，主轴51上间隔安装有多组薄块52，一组两个，薄块52通过螺纹固定在主轴51上，薄块52上安装有滑动杆53，滑动杆53上套有弹簧54，弹簧54前端有安装在滑动杆53上的限位环55；滑动杆53前端抵触压力盒56，压力盒56放置在挡板57的固定槽58内；所述主轴51根据安装位置的不同，共截面形状有拱形和圆形两种结构（图2中左、右各有一个圆形主轴，上部有一根拱形主轴），主轴51端头放置在支撑板6的滑动槽61中；所述支撑板6通过螺纹固定在底座1上，支撑板6侧面安装有开有螺纹孔的薄块62，如图3所示，薄块62上安装有螺杆63；螺杆63旋转带动主轴51上固接薄块52移动，固接薄块52压缩弹簧54，滑动杆53抵紧压力盒56，压力盒56抵紧挡板57，对巷道4施加初撑力； 所述模型箱2前后有透明挡板16，透明挡板16固定在模型箱2上，如图4所示，或在液压缸17的作用下抵紧模型，如图5所示。具体实施时，所述巷道4内的多个吸能支护模拟装置5支撑巷道4表面的不同部位，其中圆柱形主轴用于支撑巷道4的水平左右两侧，其上安装的薄块52呈180度夹角布置，拱形主轴用于支撑巷道顶部，其上安装的薄块52呈大于90度，小于180度夹角布置。所述巷道4截面不同部位的弹簧54相同或不同。所述巷道4走向不同部位的弹簧54相同或不同。
本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现 。

Claims (4)

1.一种巷道吸能支护相似模拟实验装置，其特征在于：它包括底座（1）、模型箱（2）、相似模型（3）和巷道（4），模型箱（2）放置在底座（1）上，相似模型（3）放置在模型箱（2）内, 巷道（4）设置在相似模型（3）内，巷道（4）内放置多个吸能支护模拟装置（5）；模型箱（2）的左、右及上部加装有对相似模型（3）加载的加载装置，左右侧的加载装置通过压板（8）对相似模型（3）施加载荷，上部的加载装置直接对相似模型（3）加载，通过加载装置的加载对巷道（4）施加模拟载荷，从而对巷道内安装的吸能支护模拟装置（5）产生作用力，通过测量吸能支护模拟装置（5）的反作用力获得实际支护的受力状态，进而为支护的设计提供依据；所述的吸能支护模拟装置（5）包括主轴（51），主轴（51）上间隔安装有多组固接薄块（52），一组两个，固接薄块（52）通过螺纹固定在主轴（51）上，固接薄块（52）上安装有滑动杆（53），滑动杆（53）上套有弹簧（54），弹簧（54）前端有安装在滑动杆（53）上的限位环（55）；滑动杆（53）前端抵触压力盒（56），压力盒（56）放置在挡板（57）的固定槽（58）内；所述主轴（51）根据安装位置的不同，其截面形状有拱形和圆柱形两种结构，主轴（51）端头放置在支撑板（6）的滑动槽（61）中；所述支撑板（6）通过螺纹固定在底座（1）上，支撑板（6）侧面安装有开有螺纹孔的薄块（62），薄块（62）上安装有螺杆（63）；螺杆（63）旋转带动主轴（51）上固接薄块（52）移动，固接薄块（52）压缩弹簧（54），滑动杆（53）抵紧压力盒（56），压力盒（56）抵紧挡板（57），对巷道（4）施加初撑力；所述的左右侧的加载装置包括模型箱（2）左右侧安装的水平液压缸（7），水平液压缸（7）前端连接压板（8），压板（8）在水平液压缸（7）带动下抵紧模型箱（2）内的相似模型（3），对相似模型（3）施加水平载荷；上部加载装置包括底座（1）上部安装的竖直液压缸（9），竖直液压缸（9）前端连接有顶梁（11）, 顶梁（11）上安装有带销子（12）的冲击杆（13），顶梁（11）和冲击杆（13）在竖直液压缸（9）带动下抵紧相似模型（3）顶部的垫板（14），垫板（14）对相似模型（3）施加竖直载荷；去掉销子（12），则所述冲击杆（13）顶部接受所安装的霍普金森杆、落锤施加的冲击力（15），击打垫板（14）对相似模型（3）施加动载荷；所述巷道（4）内多个吸能支护模拟装置（5）支撑巷道（4）表面的不同部位，其中圆柱形主轴用于支撑巷道（4）的水平左右两侧，其上安装的固接薄块（52）呈180度夹角布置，拱形主轴用于支撑巷道顶部，其上安装的固接薄块（52）呈大于90度，小于180度夹角布置。
2.根据权利要求1所述的巷道吸能支护相似模拟实验装置，其特征在于：所述模型箱（2）前后有透明挡板（16），透明挡板（16）固定在模型箱（2）上，或在液压缸（17）的作用下抵紧模型箱（2）。
3.根据权利要求1所述的巷道吸能支护相似模拟实验装置，其特征在于：所述巷道（4）截面不同部位的弹簧（54）相同或不同。
4.根据权利要求1所述的巷道吸能支护相似模拟实验装置，其特征在于：所述巷道（4）走向不同部位的弹簧（54）相同或不同。
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