CN204612945U - 煤矿巷道顶板三向受力综合仿真实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种煤矿巷道顶板三向受力综合仿真实验装置，可有效解决矿山巷道顶板锚杆支护施工、锚杆的无损检测、锚杆工作情况分析、层状顶板岩层的变形和破坏的仿真模拟问题。其解决的技术方案是，包括实验台支架、模型箱、加压装置，所述的支架台是由模型箱和下部为一个可拆卸的中间板装有支腿构成，支腿下端部装有置于地面上的下连接板，上面的模型箱是由厚钢板加工而成，在其上、左右和前后面都有液压加压装置，支架台上部一侧有置于地面上的人工梯子，支架台上部有人工护栏扶手，箱状物置于下部支架的凹槽中固定。本实用新型结构新颖，能较好地模拟巷道顶板的真实受力状态，并可在此基础上开展相关的实验室实验，大大提高了实验室模拟巷道顶板支护的效果，降低了成本，是煤矿巷道支护实验装置上的创新，有良好的实用价值和经济价值。

Description

煤矿巷道顶板三向受力综合仿真实验装置

技术领域

本实用新型涉及煤矿巷道支护领域，特别是一种煤矿巷道顶板三向受力综合仿真实验装置。

背景技术

在煤矿巷道支护中，锚杆支护与传统支护相比，具有显著的技术、经济优越性，因而在我国的煤矿巷道中得到大规模的应用。煤矿巷道中常发生顶板事故，长期占据煤矿事故50%以上的比例，而且，随着煤矿开采的深度逐渐增加，巷道围岩受高地应力、地质构造等条件影响，这种趋势变得更加明显，而且巷道掘进锚杆锚固速度对生产有很大影响。因此对顶板岩层性质及结构、锚杆的锚固特性、施工方式必须有足够的研究。而煤矿地下环境相当恶劣，受条件限制以上都很难从现场实地考察得到。通常为了进行相关研究，需要进行实验室相似模拟实验，通过在相似模拟模型上开挖各类工程，通过对相似模型的模拟和实验，来研究工程围岩的变形、移动和破坏等力学现象，分析作用于支护结构上的力和支护效果。而现有的巷道支护研究多采用的是平面实验装置，模拟不了巷道顶板的实际受力及支护情况，得出的结论可能对实际工程应用没有太大的意义；有的实验装置虽能模拟一些实际的工程状况，但是功能单一，操作不便，不具备针对性，实际应用起来不是太经济方便。因此，开发出一种三维的、结构简单合理、实现模拟巷道顶板三向受力的综合仿真实验装置势在必行。

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顶板三向受力的综合仿真实验装置，可有效解决矿山巷道顶板锚杆支护施工、锚杆的无损检测、锚杆工作情况分析、层状顶板岩层的变形和破坏的仿真模拟问题。

本实用新型解决的技术方案是，包括实验台、模型箱和液压装置，所述的支架台有上部框架，支腿、梯子、固定连接板，上部框架中间有可拆卸的钢板，其上有圆孔；在支架台上部框架中间，有凸台，其上有孔；上部框架、支腿、梯子与固定连接板通过焊接相连；模型箱由五块钢板通过螺栓相连接；在模型箱内表面装有有液压油缸，内部液压管路位于油缸之间；模型箱上部有吊装装置。

本实用新型是一种可以模拟三向受力状态下巷道顶板的综合仿真实验装置，在模型箱里面装好配置好的相似材料以后，可以通过液压装置对模型施加三向应力，从而获得一种真实状态下的顶板受力环境，借此可以在在实验平台下面通过锚杆机往平台内部打锚杆，模拟巷道锚杆支护的锚固过程；该平台还可以模拟顶板实际工作时的顶板钻进特性分析；该平台可以仿真出锚杆受三向力作用下，并基于此开展其他相关实验研究；可以模拟顶板自由状态和锚固状态下的破坏机理和方式，借助于该仿真综合实验装置还可以对巷道顶板锚杆施工及效果监测提供较大的帮助，为巷道顶板锚杆支护的质量监测提供平台，对于巷道锚杆支护的研究具有推动作用。

附图说明

图1为本实用新型的整体视图。

图2为本实用新型的底部视图。

图3为本实用新型的模型箱内部结构图。

图4为本实用新型的支架台结构图。

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给出，本实用新型包括实验台、模型箱和液压装置，所述的支架台有上部框架5，支腿6、梯子7、固定连接板8，上部框架5中间有可拆卸的钢板10，其上有圆孔11；在支架台上部框架中间，有凸台4，其上有孔13；上部框架5、支腿6、梯子7与固定连接板通过焊接相连；模型箱2由五块钢板通过螺栓相连接；在模型箱内表面装有有液压油缸12，内部液压管路位于油缸之间；模型箱上部有吊装装置1。

所述的吊装装置1是焊接在模型箱上部的矩形钢筋。

所述的支腿6呈从上往下是竖直的，上部框架5支腿6焊接在一起，支腿高度为1500mm。

所述的固定连接板8与其他物体相连固定支架，将上述支架台用螺栓固定在提前浇筑好的混凝土基座上。

所述的模型箱2是由厚度为30mm的高强度钢板连接而成长方体箱状，板与板之间通过M27螺栓连接。

所述的支腿6是截面为200mm×200mm的高强度方形钢板。

所述的油缸12是个30t的油缸，模型箱前后左右和上部共需要布置5组共180个相同的油缸；油缸的操作通过液压操作台控制。

所述模型箱2是大小为1800mm×1800mm×1800mm的正方体箱状物。

为了达到使用效果，支架台的支腿6通过连接板8与地面连接之前，必须要向支架台基坑内浇灌混凝土，捣实，待混凝土完全凝固后，通过地脚螺栓固定在地面上，目的是保证支架台的平衡稳定，确保人员安全；平板10的组合连接，可以分拆，目的是完成不同的实验目的；使用加压装置加压的过程一定要均匀缓慢，以防出现安全事故。

本实用新型的工作过程如下：

在做实验之前，需要对液压加载装置进行检测，确保都能正常使用。在模型箱2内部液压板上涂上油脂，把相似模拟材料拌好后，从下往上依次分层铺在模型箱2内，并捣实。然后，待模型风干到一定程度后，根据实验的目的。操纵液压控制台上的按钮，对模型侧面和顶部施加相应的载荷。之后，可以在模型上开展相应的实验。比如，在模拟顶板岩性探测时研究水平应力和竖直应力的影响，可以在风干后的模型上，施加不同的水平和竖直载荷，然后用加装相应传感器的锚杆钻机，通过孔11向模型内部打钻，根据采集的数据分析顶板的岩性及相应的厚度。

本实用新型的工作原理如下。

本实用新型的目的是在立体模型箱2内部装有相似材料，仿真模拟巷道顶板岩层三向受力状态的真实现场情况，通过模型箱2内部装有的油缸组，可对模型箱2内的相似材料模型施加前后、左右和上部载荷，可以针对不同的岩层在横向通过控制油缸组的伸缩施加层状岩体的剪力。在模型箱2的下部通过锚杆机往里面打锚杆，模拟锚杆锚固的施工过程，在此基础上，可以分析锚杆在真实顶板岩层内部的受力情况，可以通过锚杆质量检测仪对锚杆进行无损检测，可以进行顶板岩层处于自由状态和锚固状态下的破断方式，也可以在锚杆钻机上加装相应的传感器预测巷道顶板的岩性及其厚度并发现顶板岩层存在的缺陷，同时，还可以模拟不同锚固长度的锚杆在真实锚固状态下的锚固特性。

本实用新型结构新颖，能较好地模拟巷道顶板的真实受力状态，并可在此基础上开展顶板锚杆锚固、锚杆联合支护、不同类型巷道顶板的破断机理、不同应力条件下的顶板岩性探测等相关的综合实验，有效解决了煤矿巷道顶板锚杆支护的系列问题实验室测试的难题，大大提高了实验室模拟巷道顶板支护的效果，降低了成本，是煤矿巷道支护实验装置上的创新，有良好的实用价值和经济价值。

Claims (8)

1.一种煤矿巷道顶板三向受力综合仿真实验装置，包括实验台、模型箱和液压装置，其特征在于，支架台有上部框架(5)，支腿(6)、梯子(7)、固定连接板(8)，上部框架(5)中间有可拆卸的钢板(10)，其上有圆孔(11)；在支架台上部框架中间，有凸台(4)，其上有孔(13)；上部框架(5)、支腿(6)、梯子(7)与固定连接板通过焊接相连；模型箱(2)由五块钢板通过螺栓相连接；在模型箱内表面装有有液压油缸(12)，内部液压管路位于油缸之间；模型箱上部有吊装装置(1)。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道顶板三向受力综合仿真实验装置，其特征在于，所述的吊装装置(1)是焊接在模型箱上部的矩形钢筋。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道顶板三向受力综合仿真实验装置，其特征在于，所述的支腿(6)呈从上往下是竖直的，上部框架(5)支腿(6)焊接在一起，支腿高度为1500mm。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道顶板三向受力综合仿真实验装置，其特征在于，所述的固定连接板(8)与其他物体相连固定支架，将上述支架台用螺栓固定在提前浇筑好的混凝土基座上。

5.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道顶板三向受力综合仿真实验装置，其特征在于，所述的模型箱(2)是由厚度为30mm的高强度钢板连接而成长方体箱状，板与板之间通过M27螺栓连接。

6.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道顶板三向受力综合仿真实验装置，其特征在于，所述的支腿(6)是截面为200mm×200mm的高强度方形钢板。

7.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道顶板三向受力综合仿真实验装置，其特征在于，所述的油缸(12)是个30t的油缸，模型箱前后左右和上部共需要布置5组共180个相同的油缸；油缸的操作通过液压操作台控制。

8.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道顶板三向受力综合仿真实验装置，其特征在于，所述模型箱(2)是大小为1800mm×1800mm×1800mm的正方体箱状物。