CN204064816U - 煤矿巷道围岩裂隙演化过程仿真实验台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及煤矿巷道围岩裂隙演化过程仿真实验台，可有效解决煤矿巷道围岩中存在裂隙时锚杆支护失效的问题，其解决的技术方案是，包括模型台架、前封门、后框架、液压加载控制系统和轨道，模型台架是由底座和固定在底座上的侧框架和上部框架组成，侧框架上装有可以拆卸的挡板，前封门通过合页安装在模型台架前方的一侧，轨道平行布置在模型台架后方地面上，后框架通过轮子安装轨道上，各框架的油缸组和放置于地面上的操纵台组成了液压加载控制系统，本实用新型可以模拟动荷载巷道围岩裂隙产生、演化和破坏过程，结构新颖独特，对制定裂隙巷道支护方案和优化支护参数提供帮助。

Description

煤矿巷道围岩裂隙演化过程仿真实验台

技术领域

本实用新型涉及模拟实验台，特别是一种煤矿巷道围岩裂隙演化过程仿真实验台。

背景技术

由于煤矿巷道的开挖和回采垮落活动的影响，巷道围岩体内会发生显著变化并且伴随有不均匀的围岩位移，当巷道岩体中产生的剪应力超过自身的抗拉和抗剪强度时，岩体内部会产生裂隙并逐渐向里面扩展、贯通，最终会导致巷道的破坏。要达到控制围岩变形及其稳定目的，必须针对裂隙的位置和裂隙的方向进行锚杆支护。目前，煤矿现场对观测岩体裂隙情况主要运用超声波检测和顶板离层指示仪探测，但这两种方法仅能够探测到裂隙的存在，并不能直接探测到裂隙在岩体中存在的位置和方向，往往会造成裂隙岩体中锚杆支护的失效。

相似模拟实验的方法是以相似理论和因次分析作为实验依据的研究方法，可以解决煤矿现场由于矿山压力活动带来的无法直接解决的难题，在采矿学科中有广泛应用，并发挥了巨大的作用。因此通过运用相似模拟理论，在实验室进行相似模拟试验，来观察巷道岩体中裂隙的产生、演化和破坏规律，是解决该问题的一种有效方法。但现有的相似模拟试验装置大多数是平面模型，仅有的三维相似模拟试验系统大多具有单向加载的不足，均无法准确地模拟岩体的裂隙演化过程。因此开发出一种结构简单合理、可以实现三向径直加压模拟巷道围岩裂隙演化过程的实验装置势在必行。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种煤矿巷道围岩裂隙演化过程仿真实验台，可有效解决煤矿巷道围岩中存在裂隙时锚杆支护失效的问题。

本实用新型解决的技术方案是，包括模型台架、前封门、后框架、液压加载控制系统和轨道，模型台架是由底座和固定在底座上的侧框架和上部框架组成，侧框架上装有可以拆卸的挡板，前封门通过合页安装在模型台架前方的一侧，轨道平行布置在模型台架后方地面上，后框架通过轮子安装轨道上，各框架的油缸组和放置于地面上的操纵台组成了液压加载控制系统。

本实用新型结构新颖独特，可以实现对仿真巷道三向径直加压，模拟动荷载巷道围岩裂隙产生、演化和破坏过程，达到掌握围岩应力活动规律的目的，对制定裂隙巷道支护方案和优化支护参数提供帮助，确保锚杆支护锚固效果，最终实现主动控制围岩变形及其稳定性的目的。

附图说明

图1为本实用新型的结构主体图。

图2为本实用新型的结构侧视图。

图3为本实用新型的结构主视图。

图4为本实用新型在三向加压时的使用状态图。

具体实施方式

以下结合附图对实用新型的具体实施方式作以详细描述。

由图1—4所示，本实用新型包括模型台架、前封门、后框架、液压加载控制系统和轨道，所述的模型台架是由底座2和固定在底座上的侧框架10和上部框架8组成，侧框架10上装有可以拆卸的挡板13，前封门7通过合页安装在模型台架前方的一侧，轨道1平行布置在模型台架后方地面上，后框架9通过轮子11安装在轨道1上，各框架的油缸组和放置于地面上的操纵台组成了液压加载控制系统。

所述的前封门7可以转动，表面上开有拱形巷道孔6，使用螺母可以和模型台架固定紧。

所述的上框架8上装有5行10列共50个油缸组，每个油缸的表面积为100cm²，最大可以施加300KN的力。

所述的侧框架10上装有10行5列共50个油缸组，每个油缸的表面积为100cm²，最大可以施加300KN的力。

所述的后框架9上装有5行5列共25个油缸组，每个油缸的表面积为400cm²，最大可以施加300KN的力。

所述的后框架9可以在轨道1上通过轮子来回移动，可以在轨道1上使用夹板12固定住轮子11。

由上述可以看出，本实用新型是由底座2固定在地面上，底座上安装有侧框架10，侧框架上放置有10行5列共50个表面积为100cm²，油缸，侧框架上部的上框架8中放置有5行10列共50个表面积为100cm²的油缸，前封门7可以来回转动，其上开有巷道孔6，模型台架的后方平行布置轨道1，后框架9通过轮子在轨道1上来回移动，使用夹板可以固定在轨道之上，后框架上布置有5行5列共25个表面积为400cm²的油缸。

本实用新型结构新颖独特，可以在模型台架内部仿真煤矿现场三维巷道布置，并实现对其三向径直加压，模拟动荷载巷道围岩裂隙产生、演化和破坏的过程，能得到裂隙的演化规律，对于提高煤矿巷道锚杆支护的锚固效果提供帮助，确保裂隙巷道的支护安全。

本实用新型为了达到使用效果，在制作过程中，由于模型台架自身重量很大，加上台架内装填的模型很重，为了确保模型架的稳定性，底座在浇注固定到地面上时，一定要固结密实；使用油缸加模型加压给前封门7和后框架9都有很大的冲击力，因此再用螺母固定前封门和后框架时，一定要上紧螺母，防止前封门和后框架移动。

本实用新型的工作原理是：

本实用新型的目的是在模型台架内部仿真一个煤矿巷道模型，然后利用油缸进行三向径直加压，模拟巷道围岩裂隙变化过程。由于巷道裂隙岩体中锚杆支护时常会失效，针对裂隙的范围和方向进行锚杆支护会提高锚杆的锚固效果，现有仪器又只能探测到裂隙的存在，而通过相似模拟巷道围岩裂隙的演化过程，可以得到围岩裂隙的变化过程。根据得到的裂隙的发育状况和变化规律，可以针对性的进行锚杆支护，对制定支护方案和优化设计参数提供帮助，能显著提高裂隙岩体的支护效果。

本实用新型的工作过程是：

本实用新型制作好以后，首先，根据某矿地质资料选取实验原型，确定要模拟的煤系地层，按照河砂、石膏、碳酸钙和水的配比方案，配比成与岩层强度相近的相似材料。其次，将后框架9移动到模型台架的一侧，将前封门7拉开转动到模型台架的一边，安装挡板13，一层一层的添加配比的相似材料，用压板夯实。然后，卸掉挡板13，推动后框架9，转动前封门7，用螺母固定紧后框架和前封门，透过前封门7的巷道孔6，向模型内部开挖模型巷道14。最后，根据该矿地应力分布情况，使用液压加载系统向模型加压，在裂隙产生之前松开前封门7的螺母，转动前封门7到一侧，观察巷道周围裂隙的产生、演化和破坏过程，记录裂隙的方向和范围，总结制定针对该矿巷道裂隙的锚杆支护方案。

Claims (6)

1.一种煤矿巷道围岩裂隙演化过程仿真实验台，包括模型台架、前封门、后框架、液压加载控制系统和轨道，其特征在于，所述的模型台架是由底座（2）和固定在底座上的侧框架（10）和上部框架（8）组成，侧框架（10）上装有可以拆卸的挡板（13），前封门（7）通过合页安装在模型台架前方的一侧，轨道（1）平行布置在模型台架后方地面上，后框架（9）通过轮子（11）安装在轨道（1）上，各框架的油缸组和放置于地面上的操纵台组成了液压加载控制系统。

2.根据权利要求1所述的煤矿巷道围岩裂隙演化过程仿真实验台，其特征在于，所述的前封门（7）可以转动，表面上开有拱形巷道孔（6），使用螺母可以和模型台架固定紧。

3.根据权利要求1所述的煤矿巷道围岩裂隙演化过程仿真实验台，其特征在于，所述的上框架（8）上装有5行10列共50个油缸组，每个油缸的表面积为100cm²，最大可以施加300KN的力。

4.根据权利要求1所述的煤矿巷道围岩裂隙演化过程仿真实验台，其特征在于，所述的侧框架（10）上装有10行5列共50个油缸组，每个油缸的表面积为100cm²，最大可以施加300KN的力。

5.根据权利要求1所述的煤矿巷道围岩裂隙演化过程仿真实验台，其特征在于，所述的后框架（9）上装有5行5列共25个油缸组，每个油缸的表面积为400cm²，最大可以施加300KN的力。

6.根据权利要求5所述的煤矿巷道围岩裂隙演化过程仿真实验台，其特征在于，所述的后框架（9）可以在轨道（1）上通过轮子来回移动，可以在轨道（1）上使用夹板（12）固定住轮子（11）。