CN205176021U - 一种巷道掘进相似模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种巷道掘进相似模拟实验装置，包括固定在承压实验台上的密封液压箱，密封液压箱的上部是由有机钢化玻璃箱体和呈弧形的柔性橡胶板组成的密封加压层，密封加压层上开有液压泵接口；密封加压层的底部是由巷道相似材料组成的巷道围岩层，巷道围岩层内设有应力传感器；巷道围岩层的底部开有弧形槽，弧形槽内加装有模拟煤层的弧形橡胶柱，所述弧形橡胶柱由可分层抽出的弧形橡胶板叠加而成。施加液压模拟地应力，采用应力传感器测试围压大小调试深埋状态；通过钢丝钩将弧形橡胶板一层层抽出模拟掘进巷道，通过应力传感器实时监测围岩变化。本装置简易可调节相似材料模型尺寸，直观呈现巷道破坏机理。

Description

一种巷道掘进相似模拟实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种相似材料模拟实验装置，尤其是一种巷道掘进相似模拟实验装置。

背景技术

随着煤矿开采深度的增加,回采巷道围岩变形量大、支护体变形失效多、巷道断面收缩严重等现象突显，开展深部回采巷道围岩变形破坏机理及支护技术的研究对于工作面安全高效生产具有重要意义。

相似材料模拟实验台是用于研究煤矿岩层受力、变形变化规律的实验设备，它能够直观地显现巷道掘进后顶底板的运动破坏规律。

国内外对巷道掘进后的围岩变化相似模拟试验装置均有研究，相关专利有一种矿井工作面底板采动破坏模拟试验方法、可视相似模拟实验台，可旋转式相似材料模拟试验台等。公知的相似材料模拟实验台由底座、实验台底面、挡板、两个侧向支柱和顶梁构成。这些成果扩大了相似材料模拟试验台的适用范围，同时有利于技术人员更方便有效地操作、观测试验。但是，这些装置没有针对巷道实际掘进过程进行设计；同时，大型试验台施加压力才能实现围压，且试验周期较长，不方便实时监测。

实用新型内容

为了解决现有技术的不足，本实用新型提出了一种巷道掘进相似模拟实验装置。本装置一改常规立方体相似材料模型，而采用类似实际巷道的半圆形相似材料模拟围岩，本实用新型采用如下技术方案：

一种巷道掘进相似模拟实验装置，包括固定在承压实验台上的密封液压箱，密封液压箱的上部是由有机钢化玻璃箱体和呈弧形的柔性橡胶板组成的密封加压层，密封加压层上开有液压泵接口；

所述密封加压层的底部是由巷道相似材料组成的巷道围岩层，巷道围岩层内设有应力传感器；

所述巷道围岩层的底部开有弧形槽，弧形槽内加装有模拟煤层的弧形橡胶柱，所述弧形橡胶柱由可分层抽出的弧形橡胶板叠加而成。

优选地，所述弧形橡胶柱的弧面与巷道围岩层之间、弧形橡胶板与弧形橡胶板之间涂有凡士林层。

优选地，所述有机钢化玻璃箱体呈六面立方体状，其中，顶面开有液压泵接口，底面加装密封盖，相对一组侧面上开设有与柔性橡胶板适配的弧形开口，另一组侧面的底部设有安装条，密封盖通过螺钉固定在安装条上。

优选地，所述承压实验台上设有承压台卡轨，安装条卡接在承压台卡轨内使密封液压箱固定在承压实验台上。

优选地，所述弧形橡胶板中心处开有圆孔，圆孔内设有钢丝钩，钢丝钩连接有拉环，拉环突出于圆孔外侧。

优选地，所述弧形橡胶板与弧形橡胶板的钢丝钩和拉环依次连接。

优选地，所述应力传感器有多个，分别设置在巷道围岩层的顶层靠近密封加压层处和巷道围岩层的底层靠近弧形橡胶柱处，且各个应力传感器距离柔性橡胶板和弧形橡胶柱的距离相等。

优选地，所述柔性橡胶板的顶部设有多条半圆钢丝绳。

采用如上技术方案取得的有益技术效果为:

本装置一改常规立方体相似材料模型，而采用类似实际巷道的半圆形相似材料模拟围岩，并且在围岩中部利用弧形橡胶柱模拟巷道。首先，通过在半圆形围岩相似材料上施加液压模拟地应力；其次，在圆弧面附近围岩内采用应力传感器测试围压大小调试深埋状态；再者，通过钢丝钩将弧形橡胶板一层层抽出模拟掘进巷道，并且在靠近模拟巷道的围岩内部也安装应力传感器实时监测围岩变化。巷道掘进相似模拟实验装置简易可调节相似材料模型尺寸，直观呈现巷道破坏机理。

附图说明

图1为巷道掘进相似模拟实验装置结构示意图。

图2为有机钢化玻璃箱体和柔性橡胶板结构示意图。

图3为巷道围岩层结构示意图。

图4为弧形橡胶柱结构示意图。

图5为密封盖结构示意图。

图6为弧形橡胶板结构示意图。

具体实施方式

结合附图1至6对本实用新型的具体实施方式做进一步说明：

一种巷道掘进相似模拟实验装置，包括固定在承压实验台上的密封液压箱，密封液压箱的上部是由有机钢化玻璃箱体2和呈弧形的柔性橡胶板4组成的密封加压层，密封加压层上开有液压泵接口1。密封加压层的底部是由巷道相似材料组成的巷道围岩层12，巷道围岩层内设有应力传感器3。巷道围岩层的底部开有弧形槽，弧形槽内加装有模拟煤层的弧形橡胶柱8，所述弧形橡胶柱由可分层抽出的弧形橡胶板8’叠加而成。

呈弧形的柔性橡胶板由多条半圆钢丝绳托住，起到反置液压箱填充时不易变形，正置注液施压时柔性橡胶板可变形传递围压的作用。

弧形橡胶柱的弧面与巷道围岩层之间、弧形橡胶板与弧形橡胶板之间涂有凡士林层。凡士林层降低弧形橡胶板采出时的摩擦力，同时使弧形橡胶板与弧形橡胶板之间紧密接触便于临时加固。

有机钢化玻璃箱体呈六面立方体状，其中，顶面开有液压泵接口1，底面加装密封盖5，相对一组侧面上开设有与柔性橡胶板适配的弧形开口，另一组侧面的底部设有安装条，密封盖通过螺钉固定在安装条上。承压实验台上设有承压台卡轨，安装条卡接在承压台卡轨9内使密封液压箱固定在承压实验6上。

弧形橡胶板中心处开有圆孔11，圆孔内设有钢丝钩，钢丝钩连接有拉环7，拉环突出于圆孔外侧。弧形橡胶板与弧形橡胶板的钢丝钩和拉环依次连接。通过钢丝钩将弧形橡胶板一层层抽出模拟掘进巷道。

应力传感器有多个，分别设置在巷道围岩层的顶层靠近密封加压层处和巷道围岩层的底层靠近弧形橡胶柱处，且各个应力传感器距离柔性橡胶板和弧形橡胶柱的距离相等。

在使用时，先将有机钢化玻璃箱体倒置，一层层铺设、压实相似材料形成巷道围岩层，直至弧形缺口位置，其中在相应的位置铺设应力传感器。填充前液压箱如图2所示，填充后液压箱如图3所示。

弧形橡胶柱的弧面及弧形橡胶板与弧形橡胶板之间涂一层凡士林(降低采出时的摩擦力、紧密接触便于临时加固)，叠加好的弧形橡胶柱如图4所示，将弧形橡胶柱加固在上述弧形缺口位置，继续向箱内填充相似材料至箱满。

给填充好的液压箱加如图5所示的密封盖，用螺栓紧固。正置液压箱，安放试验台上，固定好。接好液压泵管，开始注液、加压。在注液、加压的过程中，通过钢丝钩将弧形橡胶板一层层抽出模拟掘进巷道，记录应力传感器的压力变化。

当然，以上说明仅仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本实用新型的保护。

Claims (8)

1.一种巷道掘进相似模拟实验装置，其特征在于，包括固定在承压实验台上的密封液压箱，密封液压箱的上部是由有机钢化玻璃箱体和呈弧形的柔性橡胶板组成的密封加压层，密封加压层上开有液压泵接口；

所述密封加压层的底部是由巷道相似材料组成的巷道围岩层，巷道围岩层内设有应力传感器；

所述巷道围岩层的底部开有弧形槽，弧形槽内加装有模拟煤层的弧形橡胶柱，所述弧形橡胶柱由可分层抽出的弧形橡胶板叠加而成。

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，所述弧形橡胶柱的弧面与巷道围岩层之间、弧形橡胶板与弧形橡胶板之间涂有凡士林层。

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，所述有机钢化玻璃箱体呈六面立方体状，其中，顶面开有液压泵接口，底面加装密封盖，相对一组侧面上开设有与柔性橡胶板适配的弧形开口，另一组侧面的底部设有安装条，密封盖通过螺钉固定在安装条上。

4.根据权利要求3所述的一种巷道掘进相似模拟实验装置，其特征在于，所述承压实验台上设有承压台卡轨，安装条卡接在承压台卡轨内使密封液压箱固定在承压实验台上。

5.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，所述弧形橡胶板中心处开有圆孔，圆孔内设有钢丝钩，钢丝钩连接有拉环，拉环突出于圆孔外侧。

6.根据权利要求5所述的一种巷道掘进相似模拟实验装置，其特征在于，所述弧形橡胶板与弧形橡胶板的钢丝钩和拉环依次连接。

7.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，所述应力传感器有多个，分别设置在巷道围岩层的顶层靠近密封加压层处和巷道围岩层的底层靠近弧形橡胶柱处，且各个应力传感器距离柔性橡胶板和弧形橡胶柱的距离相等。

8.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，所述柔性橡胶板的顶部设有多条半圆钢丝绳。