本發(fā)明涉及一種大型三維動載礦用相似材料物理試驗平臺裝置，屬于礦山災(zāi)害研究領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，隨著采礦行業(yè)的發(fā)展，礦山災(zāi)害時有發(fā)生且條件更為復(fù)雜多變，對此問題的研究也在不斷深入，傳統(tǒng)的理論和經(jīng)驗略顯不足，由于災(zāi)害的復(fù)雜性、多樣性，加之現(xiàn)場觀測的局限性使得進行物理模擬實驗成為重要的研究方法，對事故的再現(xiàn)、理論的分析和總結(jié)有重要的輔助作用。

對于當(dāng)前的相似材料物理實驗平臺的制作和應(yīng)用主要集中于二維的相似材料物理模擬試驗以及三維靜載的相似材料物理模擬試驗為主，部分動載試驗平臺受動載來源(受管制類的雷管、炸藥等)的影響難以施加，故而對物理實驗的研究工作造成一定的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：提供一種大型三維動載礦用相似材料物理試驗平臺，以解決現(xiàn)有相似材料物理實驗平臺的制作和應(yīng)用主要集中于二維的相似材料物理模擬試驗以及三維靜載的相似材料物理模擬試驗，部分動載試驗平臺受動載來源的影響難以施加，影響實驗研究的問題。

為解決上述問題，擬采用這樣一種大型三維動載礦用相似材料物理試驗平臺，包括基座，基座上沿豎向設(shè)置有前擋板、兩個側(cè)擋板和后擋板，前擋板、側(cè)擋板和后擋板的上方設(shè)置有頂板，且前擋板、兩個側(cè)擋板、后擋板和頂板與基座的上端面之間圍合成方形結(jié)構(gòu)，所圍合的方形結(jié)構(gòu)內(nèi)填充有模擬巖層，模擬巖層內(nèi)沿橫向設(shè)置有模擬巷道，模擬巷道的一端設(shè)置有模擬煤層，另一端連通至前擋板的外部，模擬巷道內(nèi)設(shè)置有微型采煤機，微型采煤機提供一定的沖擊力以模擬動載，微型割煤機上還設(shè)置有高速攝像機，所述擋板和頂板的外側(cè)還設(shè)置有支撐部，兩個側(cè)擋板、后擋板和頂板的外側(cè)分布設(shè)置有千斤頂，千斤頂?shù)牡鬃潭ㄓ谥尾可希Ы镯數(shù)墓ぷ鞫隧斁o設(shè)置于所對應(yīng)的側(cè)擋板、后擋板和頂板上。

前述試驗平臺中，模擬巖層內(nèi)設(shè)置有應(yīng)力傳感器和應(yīng)變傳感器，以便監(jiān)測和調(diào)控千斤頂?shù)氖┝Γ?/p>

前述試驗平臺中，前擋板上模擬巷道的巷道口外側(cè)還設(shè)置有工作面開挖擋板，工作面開挖擋板上正對模擬巷道的巷道口處設(shè)置有可打開式的巷道開挖擋板；

前述試驗平臺中，千斤頂?shù)乳g距地分布設(shè)置于側(cè)擋板、后擋板和頂板的外側(cè)，且千斤頂與所對應(yīng)的側(cè)擋板、后擋板或頂板相垂直；

前述試驗平臺中，基座、前擋板、側(cè)擋板、后擋板和頂板之間均為密封連接，基座上還設(shè)置有連通至模擬巖層的注水管道，注水管道用于研究礦井水害的物理實驗；

前述試驗平臺中，千斤頂與側(cè)擋板、后擋板和頂板之間還設(shè)置有柔性橡膠，使千斤頂在工作時能同步加壓，而且有助于模型填料時的壓實分層等工作，對于部分重點研究媒體或巖層采用預(yù)制模型塊方式，在預(yù)先設(shè)計好的預(yù)制模型塊表面上粘帖相關(guān)的應(yīng)變或光纖等傳感器，然后再采用粘結(jié)劑粘結(jié)上面的預(yù)制模型塊成為完整的巖層或煤層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠更真實的模擬三維動載作用下的開采、巷道支護等基本問題以及簡單地質(zhì)條件的災(zāi)害問題，亦可以再現(xiàn)某些事故的發(fā)生，相比于現(xiàn)有單一的實驗平臺有更好的綜合性、真實性以及可靠性，對事故的再現(xiàn)、理論的分析和總結(jié)有著極為重要的作用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。

實施例：

參照圖1和圖2，本實施例提供的一種大型三維動載礦用相似材料物理試驗平臺，包括基座1，基座1上沿豎向設(shè)置有前擋板2、兩個側(cè)擋板3和后擋板4，前擋板2、側(cè)擋板3和后擋板4的上方設(shè)置有頂板5，且前擋板2、兩個側(cè)擋板3、后擋板4和頂板5與基座1的上端面之間圍合成方形結(jié)構(gòu)，所圍合的方形結(jié)構(gòu)內(nèi)填充有模擬巖層8，模擬巖層8內(nèi)設(shè)置有應(yīng)力傳感器13和應(yīng)變傳感器14，以便監(jiān)測和調(diào)控千斤頂?shù)氖┝?，模擬巖層8內(nèi)沿橫向設(shè)置有模擬巷道9，模擬巷道9的一端設(shè)置有模擬煤層10，另一端連通至前擋板2的外部，模擬巷道9內(nèi)設(shè)置有微型采煤機11，微型采煤機11提供一定的沖擊力以模擬動載，微型割煤機11上還設(shè)置有高速攝像機12，所述擋板和頂板5的外側(cè)還設(shè)置有支撐部6，兩個側(cè)擋板3、后擋板4和頂板5的外側(cè)分布設(shè)置有千斤頂7，千斤頂7的底座固定于支撐部6上，千斤頂7的工作端頂緊設(shè)置于所對應(yīng)的側(cè)擋板3、后擋板4和頂板5上，千斤頂7與側(cè)擋板3、后擋板4和頂板5之間還設(shè)置有柔性橡膠，千斤頂7等間距地分布設(shè)置于側(cè)擋板3、后擋板4和頂板5的外側(cè)，且千斤頂7與所對應(yīng)的側(cè)擋板3、后擋板4或頂板5相垂直。

基座1、前擋板2、側(cè)擋板3、后擋板4和頂板5之間均為密封連接，基座1上還設(shè)置有連通至模擬巖層8的注水管道17；

前擋板2上模擬巷道9的巷道口外側(cè)還設(shè)置有工作面開挖擋板15，工作面開挖擋板15上正對模擬巷道9的巷道口處設(shè)置有可打開式的巷道開挖擋板16。

研究巷道穩(wěn)定性問題時，在設(shè)計、填料、加壓穩(wěn)定之后，上覆巖層、前后、以及左右三個方向的千斤頂7施加的壓力是不同的，這樣更接近于真實的生產(chǎn)條件；在模擬巷道9開挖過程中微型采煤機11在液壓缸的推進下定量的開挖巖體，并且按照設(shè)計方案有規(guī)律的通過液壓缸控制沖擊桿向模擬巷道9工作面施加一定的沖擊力，此時高速攝像機12將拍攝下頂?shù)装?、兩幫以及工作面的巖體破碎情況，這種設(shè)計可以較好的模擬開挖引起的動載作用，對于研究動載作用下巖體的變化有很好的輔助作用，高速攝像機12將捕捉下動載作用下周圍巖體的完整情況；開挖的廢料由吸塵器清理干凈；煤、巖體的應(yīng)力應(yīng)變情況將由應(yīng)力和應(yīng)變傳感器收集數(shù)據(jù)，隨時整理分析確認下一步的實驗方案；支護、注漿等步驟可以采用開挖后打孔安裝，并在錨桿等連接應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)，并且安裝攝像頭拍攝在支護之后的變化以及不同支護方式的對比，可以有效的比較支護方案的優(yōu)劣；另外對于斷層、巖溶柱、老空水以及含水帶的問題可以在實驗材料中添加松香、石蠟等防水材料，千斤頂7和柔性橡膠之間使用乳膠連接密封。

研究采場礦壓問題時，在設(shè)計、填料、加壓穩(wěn)定之后，上覆巖層、前后、以及左右三個方向的千斤頂7施加的壓力是不同的，這樣更接近于真實的生產(chǎn)條件；在采煤工作面推進過程中微型采煤機11在液壓缸的推進下定量的開挖煤體，并且按照設(shè)計方案有規(guī)律的通過液壓缸控制沖擊桿向工作面施加一定的沖擊力，此時高速攝像機12將拍攝下頂?shù)装?、煤柱以及工作面的巖體破碎情況，這種設(shè)計可以較好的模擬開挖引起的動載作用，對于研究動載作用下頂?shù)装逡约肮ぷ髅婷后w的變化有很好的輔助作用，可以較好的模擬實際的生產(chǎn)狀態(tài)，高速攝像機12將捕捉下頂?shù)装?、煤柱以及工作面的變化情況；開挖的廢料由吸塵器清理干凈；煤、巖體的應(yīng)力應(yīng)變情況將由應(yīng)力及應(yīng)變傳感器收集數(shù)據(jù)，隨時整理分析確認下一步的實驗方案；隨著工作面的推進，在采空區(qū)安裝攝像頭檢測頂板變化；對于另外對于斷層等可以在實驗材料做改變形成斷層介質(zhì)。