技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種煤巖巷模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，尤其涉及的是一種具備可調(diào)傾角的煤巖巷道模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)及其裝配方法。

背景技術(shù)：

礦山井下煤巖巷的穩(wěn)定性是安全生產(chǎn)的重要保證，其初期建設(shè)費(fèi)用和后期維護(hù)費(fèi)用占據(jù)煤礦生產(chǎn)成本很大比重，也事關(guān)煤礦盈利與否的重要標(biāo)志，其重要性就不言而喻。隨著煤礦進(jìn)入深部開采，軟巖流變特性顯現(xiàn)、復(fù)雜構(gòu)造應(yīng)力等天然復(fù)雜條件，以及為滿足煤礦整體生產(chǎn)的需要，經(jīng)常需要在硐室群、上山硐室、交叉巷道、過斷層等特殊條件下維護(hù)巷道穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致大變形甚至是頂板冒落在絕大數(shù)深部礦井時(shí)有發(fā)生，煤巖巷的穩(wěn)定性維護(hù)變得越來越困難；現(xiàn)實(shí)中又無法在理論上說清楚深部巷道大變形破壞機(jī)理，只能借助相似模擬進(jìn)行研究，以期深入認(rèn)識(shí)巷道大變形機(jī)理，尋找到可行的控制技術(shù)。

而目前煤巖巷相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置主要存在以下不足：無法模擬不同巷道傾角；無法方便拆卸、組裝實(shí)驗(yàn)臺(tái)；無法兼顧模擬平面和立體實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?；因此，需要?duì)上述煤巖巷相似模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種具備可調(diào)傾角的煤巖巷道模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)及其裝配方法，適用于測(cè)試不同傾角、巖性條件下的煤巖巷道的穩(wěn)定性。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種具備可調(diào)傾角的煤巖巷道模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，包括底座、反力加載裝置和旋轉(zhuǎn)裝置，模擬巖層置于所述反力加載裝置的加載擋板間，所述反力加載裝置通過所述旋轉(zhuǎn)裝置固定于底座上，且所述旋轉(zhuǎn)裝置帶動(dòng)所述反力加載裝置在所述底座上旋轉(zhuǎn)；

所述反力加載裝置包括至少兩個(gè)平面反力加載裝置和前擋板墻、后擋板墻；

所述平面反力加載裝置包括上擋板、下?lián)醢濉⒆髶醢?、右擋板、頂梁、底梁、左立柱、右立柱、多個(gè)法蘭盤和多個(gè)加載千斤頂，所述頂梁、底梁、左立柱、右立柱通過高強(qiáng)螺栓鉸接成一體，且所述上擋板、下?lián)醢?、左擋板、右擋板的外?cè)面上均固定至少兩個(gè)加載千斤頂，所述加載千斤頂?shù)膬啥司O(shè)有法蘭盤，所述上擋板、下?lián)醢?、左擋板、右擋板上的加載千斤頂另一端對(duì)應(yīng)固定于所述頂梁、底梁、左立柱和右立柱上；

所述底座為梯形底座，包括梯臺(tái)、設(shè)于梯臺(tái)右邊的右底座和設(shè)于梯臺(tái)左邊的左底座，且所述梯臺(tái)的高度高于所述右底座和所述左底座的高度；

所述反力加載裝置包括兩個(gè)平面反力加載裝置，兩個(gè)所述平面反力加載裝置平行且前后側(cè)面上對(duì)應(yīng)設(shè)有前擋板墻、后擋板墻固定；

所述上擋板、下?lián)醢?、左擋板、右擋板的外?cè)面上均設(shè)有三個(gè)加載千斤頂，所述上擋板、下?lián)醢?、左擋板、右擋板上的三個(gè)加載千斤頂?shù)牧硪欢朔謩e對(duì)應(yīng)固定于所述頂梁、底梁、左立柱和右立柱上。

作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述右底座為一凹槽。

作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述旋轉(zhuǎn)裝置包括左旋轉(zhuǎn)裝置和右旋轉(zhuǎn)裝置，所述右旋轉(zhuǎn)裝置一端固定于右底座上，一端固定于反力加載裝置的下底面的右段上；所述左旋轉(zhuǎn)裝置的一端固定于所述梯臺(tái)上，一端固定于反力加載裝置的下底面的中段；

所述左旋轉(zhuǎn)裝置、右旋轉(zhuǎn)裝置包括可旋轉(zhuǎn)連接支座和支撐千斤頂，所述支撐千斤頂頂?shù)膬啥朔謩e設(shè)有一個(gè)所述可旋轉(zhuǎn)連接支座；

模擬巖層設(shè)于所述反力加載裝置的內(nèi)部，通過控制加載千斤頂控制模擬巖層在所述反力加載裝置的內(nèi)部的不同承載力，通過支撐千斤頂控制所述左、右旋轉(zhuǎn)裝置支撐所述反力加載裝置并帶動(dòng)所述反力加載裝置旋轉(zhuǎn)。作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述上、下、左、右擋板的外側(cè)面上均設(shè)有三個(gè)加載千斤頂，所述上、下、左、右擋板上的三個(gè)加載千斤頂?shù)牧硪欢朔謩e對(duì)應(yīng)固定于所述頂梁、底梁、左立柱和右立柱上。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種具備可調(diào)傾角的煤巖巷道模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明的一種具備可調(diào)傾角的煤巖巷道模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，適用于測(cè)試不同傾角、巖性條件下煤巖巷道“圍巖-支護(hù)”穩(wěn)定性。本發(fā)明的一種具備可調(diào)傾角的煤巖巷道模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)能方便切換成平面或立體模型實(shí)驗(yàn)。模擬巖層設(shè)于反力加載裝置的內(nèi)部，通過控制加載千斤頂控制模擬巖層在反力加載裝置的內(nèi)部的不同承載力，通過支撐千斤頂控制左、右旋轉(zhuǎn)裝置支撐反力加載裝置并帶動(dòng)所述反力加載裝置旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)左右旋轉(zhuǎn)滿足不同傾斜角度煤巖層的模擬，解決了目前無法模擬不同煤巖巷傾角。

2、本發(fā)明的一種具備可調(diào)傾角的煤巖巷道模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的裝配方法，拆卸組裝方便，方便平面和立體相似模擬的轉(zhuǎn)換。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種具備可調(diào)傾角的煤巖巷道模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的平面反力加載裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖2中的上、下、左、右擋板與加載千斤頂配合連接的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4(a)和圖4(b)分別是圖1中的前擋板墻和后擋板墻的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明的底座和旋轉(zhuǎn)裝置配合連接的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6(a)和圖6(b)分別是圖5中的左旋轉(zhuǎn)裝置和右旋轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本發(fā)明的一種具備可調(diào)傾角的煤巖巷道模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的狀態(tài)變化的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：底座1、反力加載裝置2、旋轉(zhuǎn)裝置3，模擬巖層4、左底座101、右底座102、梯臺(tái)103、反力加載裝置2、平面反力加載裝置21、前擋板墻22、后擋板墻23、左旋轉(zhuǎn)裝置31、右旋轉(zhuǎn)裝置32、可旋轉(zhuǎn)支座301、支撐千斤頂302、上擋板5、下?lián)醢?、左擋板7、右擋板8、頂梁51、底梁61、左立柱71、右立柱81、加載千斤頂9、法蘭盤10、高強(qiáng)螺栓11。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

參見圖1，圖1是本發(fā)明的一種具備可調(diào)傾角的煤巖巷道模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。一種具備可調(diào)傾角的煤巖巷道模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，包括底座1、反力加載裝置2和旋轉(zhuǎn)裝置3，模擬巖層4置于反力加載裝置2的加載擋板間，反力加載裝置2通過旋轉(zhuǎn)裝置3固定于底座1上，且旋轉(zhuǎn)裝帶動(dòng)反力加載裝置在所述底座1上旋轉(zhuǎn)。

反力加載裝置2包括兩個(gè)平面反力加載裝置21、前擋板墻22和后擋板墻23。參見4(a)和圖4(b)，圖4(a)和圖4(b)分別是圖1中的前擋板墻和后擋板墻的結(jié)構(gòu)示意圖。平面反力加載裝置21包括上擋板5、下?lián)醢?、左擋板7、右擋板8、頂梁51、底梁61、左立柱71、右立柱81、多個(gè)法蘭盤10和多個(gè)加載千斤9。參見圖2和圖3，圖2是本發(fā)明的平面反力加載裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的平面反力加載裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。頂梁51、底梁61、左立柱71、右立柱81通過高強(qiáng)螺栓鉸接成一體，且上擋板5、下?lián)醢?、左擋板7、右擋板8的外側(cè)面上均有三個(gè)加載千斤頂9，加載千斤頂9的兩端均設(shè)有法蘭盤10，上擋板5、下?lián)醢?、左擋板7、右擋板8上的加載千斤頂9另一端對(duì)應(yīng)固定于頂梁51、底梁61、左立柱71和右立柱81上。

此外，底座1為梯形底座，包括梯臺(tái)103、設(shè)于梯臺(tái)103右邊的右底座102和設(shè)于梯臺(tái)103左邊的左底座101，且梯臺(tái)103的高度高于右底座102和左底座101的高度。參見圖5，圖5是本發(fā)明的底座和旋轉(zhuǎn)裝置配合連接的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的優(yōu)先實(shí)施例中，右底座101為一凹槽。

旋轉(zhuǎn)裝置3包括左旋轉(zhuǎn)裝置31和右旋轉(zhuǎn)裝置32，參見圖6(a)和圖6(b)，圖6(a)和圖6(b)分別是圖5中的左旋轉(zhuǎn)裝置和右旋轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。左旋轉(zhuǎn)裝置31和右旋轉(zhuǎn)裝置32包括可旋轉(zhuǎn)連接支座301和支撐千斤頂302，支撐千斤頂302的兩端分別設(shè)有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)連接支座301。右旋轉(zhuǎn)裝置32一端固定于右底座102上，一端固定于反力加載裝置2的下底面的右端；左旋轉(zhuǎn)裝置31的一端固定于梯臺(tái)103上，一端固定于反力加載裝置2的下底面的中段。

模擬巖層4設(shè)于反力加載裝置2的內(nèi)部，通過控制加載千斤頂9控制模擬巖層4在反力加載裝置2的內(nèi)部的不同承載力，通過支撐千斤頂302控制所述左、右旋轉(zhuǎn)裝置支撐所述反力加載裝置并帶動(dòng)所述反力加載裝置旋轉(zhuǎn)。完成模擬不同模擬巖層4的煤巖巷開挖和支護(hù)過程。實(shí)現(xiàn)左右旋轉(zhuǎn)滿足不同傾斜角度煤巖層的模擬，模擬不同煤巖巷傾角。

本發(fā)明的一種具備可調(diào)傾角的煤巖巷道模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用裝配式結(jié)構(gòu)，具有較大的活動(dòng)范圍，適應(yīng)不同的試驗(yàn)內(nèi)容及其邊界條件，滿足三維、平面應(yīng)變和平面應(yīng)力條件下的不同試驗(yàn)需要，例如三維采場(chǎng)、平面采場(chǎng)、三維巷道、平面巷道。本發(fā)明的一種具備可調(diào)傾角的煤巖巷道模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)可左右旋轉(zhuǎn)，最大旋轉(zhuǎn)角度80度，滿足不同巖層的試驗(yàn)?zāi)M。本發(fā)明的一種具備可調(diào)傾角的煤巖巷道模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的反力加載裝置最大尺寸2000×1500×600mm(寬×高×厚)，最小尺寸2000×1000×300mm。且在厚度方向上可按300mm的倍數(shù)組裝，最小300mm，最大600mm，高度1500mm不變。

一種具備可調(diào)傾角的煤巖巷道模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的裝配方法，包括如下步驟：

(1)將頂梁、底梁、左立柱、右立柱通過高強(qiáng)螺栓鉸接成一體；將加載千斤頂?shù)膬啥松习惭b法蘭盤；并將安裝法蘭盤后的加載千斤頂一端安裝上、下、左、右擋板的外側(cè)面上；并將安裝法蘭盤后的加載千斤頂?shù)牧硪欢藢?duì)應(yīng)安裝于頂梁、底梁、左立柱、右立柱的內(nèi)側(cè)面上，裝配成平面反力加載裝置；

(2)將至少兩個(gè)步驟(1)裝配好的平面反力加載裝置平行定位，并在前后側(cè)面上固定安裝前、后擋板墻，組裝成反力加載裝置，并將模擬巖層置于反力加載裝置的上、下、左、右擋板中；

(3)將支撐千斤頂?shù)膬啥司B接可旋轉(zhuǎn)連接支座，組裝左旋轉(zhuǎn)裝置和右旋轉(zhuǎn)裝置，并將反力加載裝置的底面中段通過左旋轉(zhuǎn)裝置固定于梯臺(tái)上，并將反力加載裝置的底面的右端通過右旋轉(zhuǎn)裝置固定于右底座上,裝配成一種具備可調(diào)傾角的煤巖巷道模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)。

本發(fā)明的一種具備可調(diào)傾角的煤巖巷道模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的裝配方法，拆卸組裝方便，方便平面和立體相似模擬的轉(zhuǎn)換。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。