CN211479483U - 一种倾斜岩层用相似材料模拟实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于相似材料模拟实验技术领域,涉及一种倾斜岩层用相似材料模拟实验装置,固定杆与固定底座固定在一起;矩形挡板与实验台侧板固定在一起,实验台侧板、实验台底板、矩形挡板共同构成工作槽;加压板与上部千斤顶固定在一起,上部千斤顶与实验台顶梁固定在一起,实验台顶梁横向安装在实验台侧板的顶部;液压箱位于模型架底座中,下部千斤顶位于液压箱内;右侧板顶端设有滑动齿轮,滑动齿轮与导轨中的齿轮部相啮合,防偏导向部与齿轮部相配合用于防止滑动齿轮跑偏;通过实验台的旋转,将倾斜岩层的铺设过程变为水平岩层的铺设过程,大大减小了实验难度,操作简单且有效。
Description
技术领域:
本实用新型属于相似材料模拟实验技术领域,涉及一种倾斜岩层用相似材料模拟实验装置及方法。
背景技术:
相似材料模拟实验是以实际地质情况为依据,按照一定的比例在室内对原始岩层进行模拟的一种实验手段。与进行实际地质实验相比,室内相似材料模拟实验具有自身的优越性,尤其当地质条件复杂,现场实验难以进行时,室内实验的优势就更加明显,因此,室内相似材料模拟实验的应用十分广泛。
在对水平岩层进行模拟时,只需要按照常规操作,在实验平台铺设即可,但当岩层具有一定倾角,尤其是倾角较大,例如采矿领域较为常见的急倾斜煤层及岩层时,目前的相似材料模拟实验平台由于其较为固定,不能进行灵活的旋转操作,故而在进行上述倾斜岩层铺设时,较为困难,同时难以保证岩层倾角保持不变。因此亟需一种专门针对倾斜岩层的相似材料模拟实验平台。
目前,也有一些针对斜岩层的相似材料模拟实验平台,例如CN201811386851.9公开了一种可旋转相似材料模拟试验装置及试验方法,该装置包括:框架,包括底板和立柱,立柱设置在底板的四周;试验台,旋转安装在框架的中间位置处,试验台包括相似材料填充槽、加压缸和挡板件,挡板件对称设置在相似材料填充槽的前后两侧,挡板件包括多个条形挡板,多个条形挡板沿相似材料填充槽的高度方向依次叠加放置,加压缸设置在最上层条形挡板的上方,相似材料填充槽用于填充铺设相似材料;摆动圈,固定设置在试验台的外侧;驱动机构,用于驱动摆动圈相对于框架旋转一设定角度;但是该装置较为复杂,装置数目多,且整个试验台重量基本由底部的辅助轮所承担,辅助轮在起到旋转作用的同事还要承担整个试验台、相似材料及摆动圈可达数吨的重量,极易引起辅助轮的损坏,此外采取电机驱动摆动圈,对电机功率要求高,无论是稳定性还是实现的容易度均不如千斤顶;CN201320178389X公开了一种可旋转相似材料模拟试验台,其包括长方体试验框架、支架和位于长方体试验框架一侧的摆动圈,在摆动圈上均匀设置有把柄和刻度线,在长方体试验框架上交叉设置有两条连接杆,在连接杆的交叉点处设置有转槽,转槽通过连接轴与摆动圈的中心处相连接,在需要对倾斜或急倾斜煤层进行模拟时,可以转动把柄使摆动圈旋转,摆动圈经过连接轴带动长方体试验框架进行转动,该可旋转式试验台可实现覆岩及底板岩层接近于实际情况的受力模拟,为现场倾斜或急倾斜煤层开采后的矿压变化预测奠定了基础;但是采用手动方式进行旋转,对于可达数吨重的试验台来说较难实现,即使实现也非常费力;此外手动旋转,很难控制旋转的精度,缺少限位安全装置,既无法保证旋转精度又无法保证旋转角度后固定不变,存在安全隐患。
发明内容:
本实用新型的发明目的在于克服现有技术存在的缺点,针对目前相似材料模拟实验平台难以模拟倾斜岩层的问题,设计提供一种结构简单、易于操作,可对大倾角岩层进行模拟的新型旋转式相似材料模拟实验装置。
为了实现上述目的,本实用新型所述倾斜岩层用相似材料模拟实验装置的主体结构包括模型架、实验台、滑动齿轮、圆形螺栓孔、固定杆、固定底座、条形螺栓孔、液压箱和下部千斤顶,其中模型架包括模型架底座、模型架竖梁以及由齿轮部和防偏导向部组成的导轨,实验台包括实验台底板、由左侧板和右侧板组成的实验台侧板、实验台顶梁、上部千斤顶、加压板以及由前挡板和后挡板组成的矩形挡板;导轨、模型架竖梁、固定底座均固定在模型架底座上;矩形挡板两端、实验台侧板、固定杆两端均设有圆形螺栓孔,固定杆的长度和数量根据实验需求确定;固定底座中部设有条形螺栓孔,固定杆通过圆形螺栓孔、条形螺栓孔将实验台侧板与固定底座固定在一起;矩形挡板沿竖直方向依次放置并通过两端的圆形螺栓孔与实验台侧板固定在一起,实验台侧板、实验台底板、矩形挡板共同构成箱式无盖结构的工作槽;加压板与上部千斤顶固定在一起,上部千斤顶与实验台顶梁固定在一起,实验台顶梁横向安装在实验台侧板的顶部;液压箱位于模型架底座中,下部千斤顶位于液压箱内;右侧板顶端设有滑动齿轮,滑动齿轮与导轨中的齿轮部相啮合,防偏导向部与齿轮部相配合用于防止滑动齿轮跑偏;下部千斤顶与液压箱之间、下部千斤顶与实验台底板之间、左侧板与模型架底座之间均采用铰接连结方式连接;导轨圆弧所对圆心角为100°,实验台的最大旋转角度为60°。
本实用新型进行相似材料模拟实验的具体过程包括如下步骤(未进行实验时固定杆处于拆除状态):
S1:启动下部千斤顶,下部千斤顶在液压箱的液压作用下将实验台2顶起,实验台通过滑动齿轮沿着导轨旋转至设定角度,即岩层的倾斜角度;
S2:根据原始岩层厚度及实验设计,逐步将矩形挡板通过圆形螺栓孔加装在实验台侧板上,并形成工作槽;
S3:通过圆形螺栓孔、条形螺栓孔将固定杆分别与实验台侧板、固定底座连接在一起,以保证实验台的稳定性;
S4:按照实验设计,将相似材料逐层平铺进工作槽,夯实一层岩层后,继续铺设上一层岩层并夯实,直至将所有岩层铺设完毕,此过程与一般相似材料模拟实验过程无异;
S5:逐根拆除固定杆,解除实验台侧板与固定底座间的固定,下部千斤顶泄压,将实验台复位;复位后,再将固定杆重新固定,以增加实验台稳定性;
S6:静置一段时间待相似材料晾干后,拆除矩形挡板,上部千斤顶通过加压板将压力均匀施加在相似材料上。
本实用新型所述下部千斤顶及上部千斤顶的个数根据实验台尺寸及千斤顶大小而定。
本实用新型与现有技术相比,针对倾斜岩层,通过实验台的旋转,将倾斜岩层的铺设过程变为水平岩层的铺设过程,大大减小了实验难度,操作简单且有效。
附图说明:
图1为本实用新型所述倾斜岩层用相似材料模拟实验装置的主体结构原理示意图。
图2为本实用新型所述倾斜岩层用相似材料模拟实验装置旋转一定角度后的正视图。
图3为本实用新型所述倾斜岩层用相似材料模拟实验装置的左视图。
图4为本实用新型所述倾斜岩层用相似材料模拟实验装置的导轨结构图。
图5为本实用新型所述倾斜岩层用相似材料模拟实验装置的导轨剖面图。
图6为本实用新型所述倾斜岩层用相似材料模拟实验装置铰接方式示意图。
具体实施方式:
下面通过实施例并结合附图对本实用新型进行详细的说明。
实施例:
本实施例主要由模型架1和实验台2两大主体结构组成,其结构如图1所示,模型架1由模型架底座1-1、模型架竖梁1-2、导轨1-3组成,模型架底座1-1、模型架竖梁1-2、导轨1-3均采用型钢材料并采用焊接方式固定在一起;导轨1-3由齿轮部1-3-1和防偏导向部1-3-2组成,齿轮部1-3-1与滑动齿轮3相啮合,防偏导向部1-3-2防止滑动齿轮3跑偏;
实验台2包括实验台底板2-1、实验台侧板2-2、实验台顶梁2-3、上部千斤顶2-4、加压板2-5、矩形挡板2-6,实验台侧板2-2具体分为左侧板2-2-1和右侧板2-2-2,矩形挡板2-6分为前挡板2-6-1和后挡板2-6-2,矩形挡板2-6两端、实验台侧板2-2均设有圆形螺栓孔4;矩形挡板2-6沿竖直方向依次放置,并通过两端圆形螺栓孔4与实验台侧板2-2固定在一起,实验台侧板2-2、实验台底板2-1、矩形挡板2-6共同构成箱式无盖结构的工作槽;加压板2-5与上部千斤顶2-4固定在一起,上部千斤顶2-4与实验台顶梁2-3固定在一起,液压箱8位于模型架底座1-1中,下部千斤顶9位于液压箱8内,固定底座6焊接在模型架底座1-1上,固定底座6中部开有条形螺栓孔7,滑动齿轮3位于右侧板2-2-2顶部;滑动齿轮3与导轨部1-3-1相啮合,实验台2通过滑动齿轮3沿着导轨1-3转动,实现旋转目的;加压板2-5将上部千斤顶2-4的压力均匀施加在铺设的相似材料上;固定杆5两端设有圆形螺栓孔4,固定杆5的作用在于通过圆形螺栓孔4、条形螺栓孔7将实验台侧板2-2和固定底座6固定在一起,增加实验台2的稳定性,固定杆5长度并不唯一,根据需要固定杆5有多根,多根固定杆5长度不同。
本实施例中下部千斤顶9与液压箱8之间、下部千斤顶9与实验台底板2-1之间、实验台左侧板2-2-1与模型架底座1-1之间均采用铰接的连结方式,铰接方式如图6所示。
本实施例中导轨1-3所对圆心角为100°,实验台2最大旋转角度为60°,根据实验台2尺寸的不同以及所需模拟岩层倾角的大小,可改变模型架1及相关结构的尺寸,同时考虑到实验装置前后对称特点,也可在本实施例基础上加设地面旋转装置,实现实验台2顺时针旋转或者采用其他方法。
本实施例在对倾斜岩层进行相似材料模拟实验时,主要步骤如下(未进行实验时固定杆5处于拆除状态):
S1:启动下部千斤顶9,下部千斤顶9在液压箱8的液压作用下将实验台2顶起,实验台2通过滑动齿轮3沿着导轨1-3旋转至设定角度,即岩层的倾斜角度;
S2:根据原始岩层厚度及实验设计,逐步将矩形挡板2-6通过圆形螺栓孔4加装在实验台侧板2-2上,并形成工作槽;
S3:通过圆形螺栓孔4、条形螺栓孔7将固定杆5分别与实验台侧板2-2、固定底座6连接在一起,以保证实验台2的稳定性;
S4:按照实验设计,将相似材料逐层平铺进工作槽,夯实一层岩层后,继续铺设上一层岩层并夯实,直至将所有岩层铺设完毕,此过程与一般相似材料模拟实验过程无异;
S5:逐根拆除固定杆5,解除实验台侧板2-2与固定底座6间的固定,下部千斤顶9泄压,将实验台2复位;复位后,再将固定杆5重新固定,以增加实验台2稳定性;
S6:静置一段时间待相似材料晾干后,拆除矩形挡板2-6,上部千斤顶2-4通过加压板2-5将压力均匀施加在相似材料上。
Claims (1)
1.一种倾斜岩层用相似材料模拟实验装置,其特征在于主体结构包括模型架、实验台、滑动齿轮、圆形螺栓孔、固定杆、固定底座、条形螺栓孔、液压箱和下部千斤顶,其中模型架包括模型架底座、模型架竖梁以及由齿轮部和防偏导向部组成的导轨,实验台包括实验台底板、由左侧板和右侧板组成的实验台侧板、实验台顶梁、上部千斤顶、加压板以及由前挡板和后挡板组成的矩形挡板;导轨、模型架竖梁、固定底座均固定在模型架底座上;矩形挡板两端、实验台侧板、固定杆两端均设有圆形螺栓孔,固定杆的长度和数量根据实验需求确定;固定底座中部设有条形螺栓孔,固定杆通过圆形螺栓孔、条形螺栓孔将实验台侧板与固定底座固定在一起;矩形挡板沿竖直方向依次放置并通过两端的圆形螺栓孔与实验台侧板固定在一起,实验台侧板、实验台底板、矩形挡板共同构成箱式无盖结构的工作槽;加压板与上部千斤顶固定在一起,上部千斤顶与实验台顶梁固定在一起,实验台顶梁横向安装在实验台侧板的顶部;液压箱位于模型架底座中,下部千斤顶位于液压箱内;右侧板顶端设有滑动齿轮,滑动齿轮与导轨中的齿轮部相啮合,防偏导向部与齿轮部相配合;下部千斤顶与液压箱之间、下部千斤顶与实验台底板之间、左侧板与模型架底座之间均采用铰接连结方式连接;导轨圆弧所对圆心角为100°,实验台的最大旋转角度为60°。
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CN111063246A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-24 | 青岛理工大学 | 一种倾斜岩层用相似材料模拟实验装置及方法 |
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