CN205593980U - 深部巷道围岩突水相似物理模拟试验系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了深部巷道围岩突水相似物理模拟试验系统，包括承压实验台和密封液压箱，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，密封液压箱的下部是装有应力传感器的巷道围岩；巷道围岩的底部开有弧形槽用来加装弧形橡胶柱，密封盖和承压台中部开有均匀的渗流密集孔通向渗流水箱。注油压模拟地应力，采用应力传感器测试围压大小调试深埋状态；通过钢丝钩抽动弧形橡胶板模拟巷道掘进，通过应力传感器实时监测围岩变化；注水达到一定的应力状态，安全阀开启渗水。本装置简易且可调节相似材料模型尺寸，可直观显现巷道掘进后顶板的运动破坏，岩层损伤裂隙的扩展以及承压水涌入突水巷道的渗流规律。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种相似材料模拟实验装置，尤其是深部巷道围岩突水相似物理模拟试验系统。
背景技术
随着国民经济的高速增长，人们对地下矿产资源的需求正日益扩大；由于长期无节制的开采，地下矿产资源急剧缩减。因此，复杂地质条件下的难采矿体，特别是水下或含水层附近矿床的开采逐渐引起人们的普遍重视。开采含水层矿床，必将面对矿井突水问题，矿井突水多数情况下与岩体材料的渗流破坏相关。开展深部采动下顶板突水机制的研究对于提高水下开采工程的安全及防治矿井水灾害具有重要意义。
相似物理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板的运动破坏规律，岩层损伤裂隙的扩展规律以及承压水涌入突水巷道的渗流规律。
国内外对深部巷道围岩突水相似物理模拟试验系统均有研究，相关专利有深部采动高承压水顶板突水相似模拟系统、一种煤层顶板涌水条件的定量评价方法等。公知的顶板突水相似模拟系统由底座、水压系统、围压加载装置、渗水底板和压力传感器等构成。这些成果扩大了相顶板突水相似实验系统的适用范围，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，大型试验台施加轴向或侧向压力，没有实现三维应力场，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，本实用新型提出了深部巷道围岩突水相似物理模拟试验系统。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，增设安全阀定压渗水，本实用新型采用如下技术方案：
深部巷道围岩突水相似物理模拟试验系统，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相似材料组成的巷道围岩，巷道围岩内设有应力传感器；
所述巷道围岩的底部开有弧形槽，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，所述巷道围岩的底部加设密封盖，密封盖及承压台面开有均匀的渗水密集孔，密集孔下方连接流量传感器。
优选地，所述弧形橡胶柱的弧面与巷道围岩之间、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，顶面与其中一侧面开有液压泵接口，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，所述密封盖及承压台开有均匀渗水密集孔，密集孔下方连接有流量传感器。
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的顶层靠近密封加压层处和巷道围岩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。
优选地，所述柔性橡胶板的中部镶嵌多个安全阀，所述安全阀与注水管相通。
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；最后，通过向注水管注水，使安全阀达到初始应力状态，随着巷道掘进，增大水压至安全阀开启达到巷道顶板围岩渗水效果。深部巷道围岩突水相似模拟试验装置简易可调节相似材料模型尺寸，直观地显现巷道掘进后顶板的运动破坏规律，岩层损伤裂隙的扩展规律以及承压水涌入突水巷道的渗流规律
附图说明
图1为深部巷道围岩突水相似物理模拟试验系统结构示意图。
图2为有机钢化玻璃箱体和柔性橡胶板、安全阀结构示意图。
图3为巷道围岩结构示意图。
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为承压试验台结构示意图。
图7为弧形橡胶板结构示意图。
具体实施方式
结合附图1至7对本实用新型的具体实施方式做进一步说明：
深部巷道围岩突水相似物理模拟试验系统装置，包括固定在承压实验台上的密封液压箱1，密封液压箱的上部是由有机钢化玻璃箱体1’和呈弧形的柔性橡胶板2组成的密封加压层，密封加压层上开有液压泵接口11、11’分别连接注油管和注水管，注油管连通液压系统控制台12，注水管连通水压系统控制台15，通过压力表14、14’读取压力大小；柔性橡胶板镶嵌有水压安全阀13，安全阀与液压泵接口11’之间连接有注水管自由端分隔液压油。密封加压层的底部是由相似材料组成的巷道围岩4，巷道围岩内设有应力传感器3。巷道围岩的底部开有弧形槽，弧形槽内加装有模拟煤层的弧形橡胶柱6，所述弧形橡胶柱由可分层抽出的弧形橡胶板6’叠加而成。巷道围岩由密封盖紧固，密封盖和承压台中部开有渗水密集孔16、16’，密集孔下连通流量传感器，渗水最终流入承压试验台下的渗流水箱10。
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11，底面加装密封盖7，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台8上。
弧形橡胶板中心处开有圆孔5，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，使用钢丝钩抽动拉环接替采出弧形橡胶板。
应力传感器有多个，分别设置在巷道围岩的顶层靠近密封加压层处和巷道围岩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。
水压安全阀有多组，分别均匀镶嵌在柔性橡胶板弧面上，一侧与注水管相连，另一侧与航道围岩材料相通。
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，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(如图7）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，安放承压试验台（如图6)上，固定好。接好液压泵管，开始注油、注水、加压。在注油、注水、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，控制液压，记录顶板涌水量。
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 (10)
1.深部巷道围岩突水相似物理模拟试验系统，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镶嵌安全阀的弧形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相似材料组成的巷道围岩，巷道围岩内设有应力传感器；所述巷道围岩的底部开有弧形槽，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所述的深部巷道围岩突水相似物理模拟试验系统，其特征在于，所述弧形橡胶柱的弧面与巷道围岩之间、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所述的深部巷道围岩突水相似物理模拟试验系统，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，密封盖中部开有渗流密集孔且密封盖通过螺钉固定在安装条上。
4.根据权利要求3所述的深部巷道围岩突水相似物理模拟试验系统，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所述的深部巷道围岩突水相似物理模拟试验系统，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所述的深部巷道围岩突水相似物理模拟试验系统，其特征在于，使用钢丝钩抽动拉环接替采出弧形橡胶板。
7.根据权利要求1所述的深部巷道围岩突水相似物理模拟试验系统，其特征在于，所述应力传感器有多个，分别设置在巷道围岩的顶层靠近密封加压层处和巷道围岩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所述的深部巷道围岩突水相似物理模拟试验系统，其特征在于，所述柔性橡胶板的顶部设有多条半圆钢丝绳。
9.根据权利要求1所述的深部巷道围岩突水相似物理模拟试验系统，其特征在于，所述安全阀上部与注水管自由端相连，下部密封镶嵌在柔性橡胶板内与巷道围岩相通。
10.根据权利要求4所述的深部巷道围岩突水相似物理模拟试验系统，其特征在于，所述承压实验台中部同样开有均匀的渗流密集孔通向下部水箱，渗流密集孔下安装有流量传感器。
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