技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種煤巖巷模擬實驗臺，尤其涉及的是一種煤巖巷的材料相似模擬實驗臺。

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，其初期建設費用和后期維護費用占據(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志，其重要性就不言而喻。隨著煤礦進入深部開采，軟巖流變特性顯現(xiàn)、復雜構(gòu)造應力等天然復雜條件，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巷道穩(wěn)定性，從而導致大變形甚至是頂板冒落在絕大數(shù)深部礦井時有發(fā)生，煤巖巷的穩(wěn)定性維護變得越來越困難；現(xiàn)實中又無法在理論上說清楚深部巷道大變形破壞機理，只能借助相似模擬進行研究，以期深入認識巷道大變形機理，尋找到可行的控制技術(shù)。

而目前煤巖巷相似模擬實驗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、組裝實驗臺；無法兼顧模擬平面和立體實驗模型；因此，需要對上述煤巖巷相似模擬實驗臺進行改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種煤巖巷的材料相似模擬實驗臺，適用于測試不同傾角、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)方案實現(xiàn)的：一種煤巖巷的材料相似模擬實驗臺，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)裝置帶動所述反力加載裝置在所述底座上旋轉(zhuǎn)；

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設有一個所述可旋轉(zhuǎn)連接支座。

模擬巖層設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所述反力加載裝置旋轉(zhuǎn)。

作為上述方案的進一步優(yōu)化，所述反力加載裝置包括至少兩個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?、左擋板、右擋板、頂梁、底梁、左立柱、右立柱、多個法蘭盤和多個加載千斤頂，所述頂梁、底梁、左立柱、右立柱通過高強螺栓鉸接成一體，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加載千斤頂，所述加載千斤頂?shù)膬啥司O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應固定于所述頂梁、底梁、左立柱和右立柱上。

作為上述方案的進一步優(yōu)化，所述底座為梯形底座，包括梯臺、設于梯臺右邊的右底座和設于梯臺左邊的左底座，且所述梯臺的高度高于所述右底座和所述左底座的高度。

作為上述方案的進一步優(yōu)化，所述右底座為一凹槽。

作為上述方案的進一步優(yōu)化，所述反力加載裝置包括兩個平面反力加載裝置，兩個所述平面反力加載裝置平行且前后側(cè)面上對應設有前擋板墻、后擋板墻固定。

作為上述方案的進一步優(yōu)化，所述上擋板、下?lián)醢?、左擋板、右擋板的外?cè)面上均設有三個加載千斤頂，所述上擋板、下?lián)醢?、左擋板、右擋板上的三個加載千斤頂?shù)牧硪欢朔謩e對應固定于所述頂梁、底梁、左立柱和右立柱上。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種煤巖巷的材料相似模擬實驗臺的有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明的一種煤巖巷的材料相似模擬實驗臺，適用于測試不同傾角、巖性條件下煤巖巷道“圍巖-支護”穩(wěn)定性。本發(fā)明的一種煤巖巷的材料相似模擬實驗臺能方便切換成平面或立體模型實驗。模擬巖層設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所述反力加載裝置旋轉(zhuǎn)，實現(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)明的一種煤巖巷的材料相似模擬實驗臺的裝配方法，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)明的一種煤巖巷的材料相似模擬實驗臺的結(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)明的一種煤巖巷的材料相似模擬實驗臺的狀態(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、高強螺栓11。

具體實施方式

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

參見圖1，圖1是本發(fā)明的一種煤巖巷的材料相似模擬實驗臺的結(jié)構(gòu)示意圖。一種煤巖巷的材料相似模擬實驗臺，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、多個法蘭盤10和多個加載千斤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)面上均有三個加載千斤頂9，加載千斤頂9的兩端均設有法蘭盤10，上擋板5、下?lián)醢?、左擋板7、右擋板8上的加載千斤頂9另一端對應固定于頂梁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103、設于梯臺103右邊的右底座102和設于梯臺103左邊的左底座101，且梯臺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的兩端分別設有一個可旋轉(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過程。實現(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)明的一種煤巖巷的材料相似模擬實驗臺采用裝配式結(jié)構(gòu)，具有較大的活動范圍，適應不同的試驗內(nèi)容及其邊界條件，滿足三維、平面應變和平面應力條件下的不同試驗需要，例如三維采場、平面采場、三維巷道、平面巷道。本發(fā)明的一種煤巖巷的材料相似模擬實驗臺可左右旋轉(zhuǎn)，最大旋轉(zhuǎn)角度80度，滿足不同巖層的試驗模擬。本發(fā)明的一種煤巖巷的材料相似模擬實驗臺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。

一種煤巖巷的材料相似模擬實驗臺的裝配方法，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惭b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,裝配成一種煤巖巷的材料相似模擬實驗臺。

本發(fā)明的一種煤巖巷的材料相似模擬實驗臺的裝配方法，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施例的細節(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現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應將實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)。不應將權(quán)利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(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)人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。