CN206920440U - 一种可再现地质正断层形成过程的相似模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种可再现地质正断层形成过程的相似模拟装置，主要包括基座、齿轮、齿条、滚轮、承载平台、固定螺栓、立柱、顶梁加压装置、顶梁、油管、横控板、隔板、可拆手柄。使用时，首先按常规断层相似模拟方法在隔板两侧分层铺设模拟材料，装填完毕后将隔板抽出；隔板取出后顺着残留的缝隙注入改性灌浆水泥‑粘土‑氯化钙浆液；待其凝固后将齿轮连接外部机械设备根据现场实测数据提供拉力，通过齿条拉动承载平台使断层两盘相互拉伸；达到预期效果后，装置左侧用螺栓锁定承载平台，防治其发生二次变形。该装置根据正断层形成机理模拟两盘相互拉伸作用，真实再现正断层形成过程、采动应力传导及顶底板破坏过程，有效提高断层相似模拟精度。

Description

一种可再现地质正断层形成过程的相似模拟装置

技术领域

本实用新型涉及一种可再现地质正断层形成过程的相似模拟装置，属于采矿工程领域，具体是对现有采矿工程相似模拟实验中对地质正断层构造模拟装置的改进。

背景技术

采矿工程的研究对象为地下岩体，而地下岩体是一种十分复杂的地质体，然而采矿作业需在以地下岩体为作业对象的复杂地质体中进行，因而工程实践过程十分复杂，研究过程往往基于基本假定进行简化，然而这种基于假定简化问题的研究方法存在着许多弊端，使研究结果不能有效指导生产实践。在采矿平面应力问题的相似模拟中，断层的模拟一直是个难题，为模拟断层构造，当前的方法是在模具中间放置一块两面涂油的薄隔板，在隔板两侧根据所模拟地层条件、断层参数和相似比分别逐层铺设，待模型铺设完毕后将薄板抽掉，即可形成断层。然而上述方法显然不能模拟正断层两盘之间存在的拉伸作用。为解决该技术问题，本实用新型提供了一种相似模拟实验中考虑断层上、下盘之间相互拉伸作用的可再现地质正断层形成过程的相似模拟装置，外部机械设备作为动力源通过相互啮合的齿轮齿条构件对断层上盘或下盘承载平台施加拉力，使其在承载平台下方滚轮的辅助作用下发生相对位移，进而在两盘间产生拉伸作用，更加真实地模拟正断层形成过程及其对采矿工程的影响，提高模拟实验精度，收到更好的模拟效果。

实用新型内容

针对上述情况，为解决现阶段相似模拟试验台只能在形式上模拟地质正断层构造，并不能根据正断层形成机理再现断层形成过程及模拟断层两盘之间相互作用力的技术问题，本实用新型提供一种在相似模拟实验中考虑断层上、下盘相互拉伸作用的可再现地质正断层形成过程的相似模拟装置。该装置可以模拟正断层的形成过程、断层两盘之间相互拉伸作用以及采动应力在断层两盘间的传递。

本实用新型提供一种在相似模拟实验中考虑正断层上、下盘相互拉伸作用的可再现地质正断层形成过程的相似模拟装置。其主要包括：基座、齿轮、齿条、滚轮、承载平台、固定螺栓、立柱、顶梁加压装置、顶梁、油管、横控板、隔板、可拆手柄，所述的基座置于地面上，对齿轮起支持作用；所述齿轮固定于基座上部；所述齿条啮合连接于齿轮，相互啮合传递动力；所述可拆手柄固定于齿轮外侧，如有需要可将其拆下，将齿轮与外界机械设备相连接，精确提供动力或位移；所述承载平台与齿条相焊接，同时保持水平，并在其上铺设相似材料模拟地层；所述的滚轮位于承载平台下部，可以对承载平台的移动起到有效的优化作用；所述固定螺栓置于承载平台外侧，当承载平台移动使上、下盘发生相对运动至达到预期效果后，用固定螺栓将承载平台锁定；所述隔板置于装置中部，用于分割上、下盘，在两侧分别进行相似材料装填；所述立柱固定在装置两侧，对整个装置起支撑作用；所述顶梁固定于装置顶部并与立柱固定连接；所述顶梁加压装置铰接于顶梁下方，并与油管连接，通过油管输送液压油提供压力，压实地层；所述横控板置于装置中部并与立柱用螺栓连接。

进一步，作为优选，所述齿轮固定于基座上，单侧连接可拆手柄，且与齿条相互啮合连接。

进一步，作为优选，所述承载平台单侧与齿条焊接，其外侧与固定螺栓连接，且其下方安装有滚轮，滚轮可对承载平台的移动起到有效的优化作用。

进一步，作为优选，动力可以通过人力手动提供，也可以将齿轮上可拆手柄拆卸下来，齿轮与外界机械设备相连接，精准提供拉力或位移量。

进一步，作为优选，所述固定螺栓置于承载平台外侧，当承载平台移动带动上、下盘发生相对运动至实现预期效果后，用固定螺栓将承载平台锁定，防治其发生二次移动致使模型变形破坏。

与传统相似模拟试验装置相比，本实用新型具有如下优点：

传统断层模拟是在模具中间放置一块两面涂油的薄隔板，在隔板两侧根据所模拟地层条件、断层参数和相似比分别逐层铺设，待模型铺设完毕后将薄板抽掉，即可形成断层。当考虑岩层受水平拉伸作用发生张裂，同时在重力作用下，上盘相对下滑形成正断层，上述方法显然不能模拟两盘之间在形成过程中存在的拉伸作用。本实用新型提供了一种相似模拟实验中考虑断层上、下盘之间相互拉伸作用的可再现地质正断层形成过程相似模拟装置，外界机械设备作为动力源通过相互啮合的齿轮齿条传动构件对断层上盘或下盘承载平台施加拉力，使其在滚轮的辅助作用下发生相对位移，进而在两盘间产生拉伸作用，更加真实地模拟正断层形成过程及其对采矿作业的影响，提高模拟实验精度，收到更好的模拟效果。本装置使用简单，成本低廉，可重复使用，并且根据正断层形成机理，真实模拟断层两盘间相互拉伸作用力，可以更真实反映正断层存在对采矿作业的影响。

附图说明

图1一种可再现地质正断层形成过程的相似模拟装置齿轮齿条啮合连接示意图；

图2一种可再现地质正断层形成过程的相似模拟装置滚轮示意图；

图3一种可再现地质正断层形成过程的相似模拟装置装配示意图；

图4一种可再现地质正断层形成过程的相似模拟装置工作示意图；

图5一种可再现地质正断层形成过程的相似模拟装置模拟效果示意图。

1-基座；2-齿轮；3-齿条；4-滚轮；5-承载平台；6-固定螺栓；7-立柱；8-顶梁加压装置；9-顶梁；10-油管；11-横控板；12-隔板；13-可拆手柄

具体实施方式

下面结合说明附图对本实用新型做进一步说明：

如图所示，本实用新型提供一种在相似模拟实验中考虑正断层上、下盘相互拉伸作用的可再现地质正断层形成过程的相似模拟装置。其主要包括：基座1、齿轮2、齿条3、滚轮4、承载平台5、固定螺栓6、立柱7、顶梁加压装置8、顶梁9、油管10、横控板11、隔板12、可拆手柄13，所述的基座1置于地面上，对齿轮2起支持作用；所述齿轮2固定于基座1上部；所述齿条3啮合连接于齿轮2，相互啮合传递动力；所述可拆手柄13固定于齿轮2外侧，如有需要可将其拆下，将齿轮2与外界机械设备相连接，精确提供动力或位移；所述承载平台5与齿条3相焊接，同时保持水平，并在其上铺设相似材料模拟地层；所述的滚轮4位于承载平台5下部，可以对承载平台5的移动起到有效的优化作用；所述固定螺栓6置于承载平台5外侧，当承载平台5移动使上、下盘发生相对运动至达到预期效果后，用固定螺栓6将承载平台5锁定；所述隔板12置于装置中部，用于分割上、下盘，在两侧分别进行相似材料装填；所述立柱7固定在装置两侧，对整个装置起支撑作用；所述顶梁9固定于装置顶部并与立柱7固定连接；所述顶梁加压装置8铰连接于顶梁9下方，并与油管10连接，通过油管10输送液压油提供压力，压实地层；所述横控板11置于装置中部并与立柱用螺栓连接。

使用时，首先按照传统的正断层相似模拟方法分别在经过涂油处理的隔板12两侧按照所模拟地层条件分层铺设模拟材料，并且在经过涂油处理的隔板12与相似材料之间撒一层云母粉，装填完毕后将隔板12取出；顺着取出隔板后残留的缝隙注入改性灌浆水泥-粘土-氯化钙浆液；待其凝固后将齿轮2与外部机械设备相连接，根据现场实测数据精准提供拉力，通过齿条3拉动承载平台5移动使断层上、下两盘相互拉伸，产生相对位移；待达到预期效果后，装置左侧用固定螺栓6锁定承载平台5，防治其发生二次变形。进入开采模拟阶段，以实际开采条件及操作规程为依据严格按照预定模拟方案模拟开采过程。

本实用新型通过外部机械设备施加拉力，可以准确控制拉力值和位移量，根据正断层形成过程真实模拟断层两盘间的相互拉伸作用。可以真实再现正断层形成过程、采动应力在两盘之间的传导及断层带附近顶底板破坏过程，反映断层存在对采矿作业的影响，有效提高断层相似模拟精度。

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教导下，所做出的所有等同替换、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 (3)

1.一种可再现地质正断层形成过程的相似模拟装置，其主要包括：基座、齿轮、齿条、滚轮、承载平台、固定螺栓、立柱、顶梁加压装置、顶梁、油管、横控板、隔板、可拆手柄，所述基座置于地面上，对齿轮起支持作用；所述齿轮固定于基座上部；所述齿条啮合连接于齿轮，相互啮合传递动力；所述可拆手柄固定于齿轮外侧，并可将其拆下，用外部机械设备连接齿轮，提供动力或位移；所述承载平台与齿条相焊接，同时保持水平，并在其上铺设相似材料模拟地层；所述的滚轮位于承载平台下部；所述固定螺栓置于承载平台外侧，用于锁定承载平台；所述隔板置于装置中部，用于分割上、下盘，在两侧分别进行相似材料装填；所述立柱固定在装置两侧，对整个装置起支撑作用；所述顶梁固定于装置顶部并与立柱固定连接；所述顶梁加压装置铰接于顶梁下方，并与油管连接，通过油管输送液压油提供压力，压实地层；所述横控板置于装置中部并与立柱用螺栓连接。

2.根据权利要求1所述的一种可再现地质正断层形成过程的相似模拟装置，其特征在于，所述齿轮固定于基座上，单侧具有可拆手柄，且与齿条啮合连接。

3.根据权利要求1所述的一种可再现地质正断层形成过程的相似模拟装置，其特征在于，所述承载平台单侧与齿条焊接，其外侧与固定螺栓连接，且其下方安装有滚轮。