深部巷道圍巖突水相似物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了深部巷道圍巖突水相似物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，包括承壓實(shí)驗(yàn)臺和密封液壓箱，密封液壓箱的上部是由有機(jī)鋼化玻璃箱體和呈弧形的柔性橡膠板組成的密封加壓層，密封液壓箱的下部是裝有應(yīng)力傳感器的巷道圍巖；巷道圍巖的底部開有弧形槽用來加裝弧形橡膠柱，密封蓋和承壓臺中部開有均勻的滲流密集孔通向滲流水箱。注油壓模擬地應(yīng)力，采用應(yīng)力傳感器測試圍壓大小調(diào)試深埋狀態(tài)；通過鋼絲鉤抽動弧形橡膠板模擬巷道掘進(jìn)，通過應(yīng)力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測圍巖變化；注水達(dá)到一定的應(yīng)力狀態(tài)，安全閥開啟滲水。本裝置簡易且可調(diào)節(jié)相似材料模型尺寸，可直觀顯現(xiàn)巷道掘進(jìn)后頂板的運(yùn)動破壞，巖層損傷裂隙的擴(kuò)展以及承壓水涌入突水巷道的滲流規(guī)律。
【專利說明】
深部巷道圍巖突水相似物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種相似材料模擬實(shí)驗(yàn)裝置，尤其是深部巷道圍巖突水相似物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速增長，人們對地下礦產(chǎn)資源的需求正日益擴(kuò)大；由于長期無節(jié)制的開采，地下礦產(chǎn)資源急劇縮減。因此，復(fù)雜地質(zhì)條件下的難采礦體，特別是水下或含水層附近礦床的開采逐漸引起人們的普遍重視。開采含水層礦床，必將面對礦井突水問題，礦井突水多數(shù)情況下與巖體材料的滲流破壞相關(guān)。開展深部采動下頂板突水機(jī)制的研究對于提高水下開采工程的安全及防治礦井水災(zāi)害具有重要意義。
[0003]相似物理模擬實(shí)驗(yàn)臺是用于研究煤礦巖層受力、變形變化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，它能夠直觀地顯現(xiàn)巷道掘進(jìn)后頂板的運(yùn)動破壞規(guī)律，巖層損傷裂隙的擴(kuò)展規(guī)律以及承壓水涌入突水巷道的滲流規(guī)律。
[0004]國內(nèi)外對深部巷道圍巖突水相似物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)均有研究，相關(guān)專利有深部采動高承壓水頂板突水相似模擬系統(tǒng)、一種煤層頂板涌水條件的定量評價(jià)方法等。公知的頂板突水相似模擬系統(tǒng)由底座、水壓系統(tǒng)、圍壓加載裝置、滲水底板和壓力傳感器等構(gòu)成。這些成果擴(kuò)大了相頂板突水相似實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的適用范圍，同時(shí)有利于技術(shù)人員更方便有效地操作、觀測試驗(yàn)。但是，這些裝置沒有針對巷道實(shí)際掘進(jìn)過程進(jìn)行設(shè)計(jì)；同時(shí)，大型試驗(yàn)臺施加軸向或側(cè)向壓力，沒有實(shí)現(xiàn)三維應(yīng)力場，且試驗(yàn)周期較長，不方便實(shí)時(shí)監(jiān)測。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提出了深部巷道圍巖突水相似物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)。本裝置一改常規(guī)立方體相似材料模型，而采用類似實(shí)際巷道的半圓形相似材料模擬圍巖，增設(shè)安全閥定壓滲水，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0006]深部巷道圍巖突水相似物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，包括固定在承壓實(shí)驗(yàn)臺上的密封液壓箱，密封液壓箱的上部是由有機(jī)鋼化玻璃箱體和呈弧形的柔性橡膠板組成的密封加壓層，密封加壓層上開有液壓栗接口 ；
[0007]所述密封加壓層的底部是由相似材料組成的巷道圍巖，巷道圍巖內(nèi)設(shè)有應(yīng)力傳感器；
[0008]所述巷道圍巖的底部開有弧形槽，弧形槽內(nèi)加裝有模擬煤層的弧形橡膠柱，所述弧形橡膠柱由可分層抽出的弧形橡膠板疊加而成，所述巷道圍巖的底部加設(shè)密封蓋，密封蓋及承壓臺面開有均勻的滲水密集孔，密集孔下方連接流量傳感器。
[0009]優(yōu)選地，所述弧形橡膠柱的弧面與巷道圍巖之間、弧形橡膠板與弧形橡膠板之間涂有凡士林層。
[0010]優(yōu)選地，所述有機(jī)鋼化玻璃箱體呈六面立方體狀，其中，頂面與其中一側(cè)面開有液壓栗接口，底面加裝密封蓋，相對一組側(cè)面上開設(shè)有與柔性橡膠板適配的弧形開口，另一組側(cè)面的底部設(shè)有安裝條，密封蓋通過螺釘固定在安裝條上。
[0011]優(yōu)選地，所述承壓實(shí)驗(yàn)臺上設(shè)有承壓臺卡軌，安裝條卡接在承壓臺卡軌內(nèi)使密封液壓箱固定在承壓實(shí)驗(yàn)臺上。
[0012]優(yōu)選地，所述密封蓋及承壓臺開有均勻滲水密集孔，密集孔下方連接有流量傳感器。
[0013]優(yōu)選地，所述弧形橡膠板中心處開有圓孔，圓孔內(nèi)設(shè)有鋼絲鉤，鋼絲鉤連接有拉環(huán)，拉環(huán)突出于圓孔外側(cè)。
[0014]優(yōu)選地，所述弧形橡膠板與弧形橡膠板的鋼絲鉤和拉環(huán)依次連接。
[0015]優(yōu)選地，所述應(yīng)力傳感器有多個(gè)，分別設(shè)置在巷道圍巖的頂層靠近密封加壓層處和巷道圍巖的底層靠近弧形橡膠柱處，且各個(gè)應(yīng)力傳感器距離柔性橡膠板和弧形橡膠柱的距離相等。
[0016]優(yōu)選地，所述柔性橡膠板的頂部設(shè)有多條半圓鋼絲繩。
[0017]優(yōu)選地，所述柔性橡膠板的中部鑲嵌多個(gè)安全閥，所述安全閥與注水管相通。
[0018]采用如上技術(shù)方案取得的有益技術(shù)效果為:
[0019]本裝置一改常規(guī)立方體相似材料模型，而采用類似實(shí)際巷道的半圓形相似材料模擬圍巖，并且在圍巖中部利用弧形橡膠柱模擬巷道。首先，通過在半圓形圍巖相似材料上施加液壓模擬地應(yīng)力；其次，在圓弧面附近圍巖內(nèi)采用應(yīng)力傳感器測試圍壓大小調(diào)試深埋狀態(tài);再者，通過鋼絲鉤將弧形橡膠板一層層抽出模擬掘進(jìn)巷道，并且在靠近模擬巷道的圍巖內(nèi)部也安裝應(yīng)力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測圍巖變化;最后，通過向注水管注水，使安全閥達(dá)到初始應(yīng)力狀態(tài)，隨著巷道掘進(jìn)，增大水壓至安全閥開啟達(dá)到巷道頂板圍巖滲水效果。深部巷道圍巖突水相似模擬試驗(yàn)裝置簡易可調(diào)節(jié)相似材料模型尺寸，直觀地顯現(xiàn)巷道掘進(jìn)后頂板的運(yùn)動破壞規(guī)律，巖層損傷裂隙的擴(kuò)展規(guī)律以及承壓水涌入突水巷道的滲流規(guī)律
【附圖說明】
[0020]圖1為深部巷道圍巖突水相似物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖2為有機(jī)鋼化玻璃箱體和柔性橡膠板、安全閥結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3為巷道圍巖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4為弧形橡膠柱結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖5為密封蓋結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖6為承壓試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖7為弧形橡膠板結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]結(jié)合附圖1至7對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說明:
[0028]深部巷道圍巖突水相似物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)裝置，包括固定在承壓實(shí)驗(yàn)臺上的密封液壓箱I，密封液壓箱的上部是由有機(jī)鋼化玻璃箱體I’和呈弧形的柔性橡膠板2組成的密封加壓層，密封加壓層上開有液壓栗接口 11、11’分別連接注油管和注水管，注油管連通液壓系統(tǒng)控制臺12，注水管連通水壓系統(tǒng)控制臺15，通過壓力表14、14’讀取壓力大小;柔性橡膠板鑲嵌有水壓安全閥13，安全閥與液壓栗接口 11’之間連接有注水管自由端分隔液壓油。密封加壓層的底部是由相似材料組成的巷道圍巖4，巷道圍巖內(nèi)設(shè)有應(yīng)力傳感器3。巷道圍巖的底部開有弧形槽，弧形槽內(nèi)加裝有模擬煤層的弧形橡膠柱6，所述弧形橡膠柱由可分層抽出的弧形橡膠板6’疊加而成。巷道圍巖由密封蓋緊固，密封蓋和承壓臺中部開有滲水密集孔16、16’，密集孔下連通流量傳感器，滲水最終流入承壓試驗(yàn)臺下的滲流水箱10。
[0029]呈弧形的柔性橡膠板由多條半圓鋼絲繩托住，起到反置液壓箱填充時(shí)不易變形，正置注液施壓時(shí)柔性橡膠板可變形傳遞圍壓的作用。
[0030]弧形橡膠柱的弧面與巷道圍巖之間、弧形橡膠板與弧形橡膠板之間涂有凡士林層。凡士林層降低弧形橡膠板采出時(shí)的摩擦力，同時(shí)使弧形橡膠板與弧形橡膠板之間緊密接觸便于臨時(shí)加固。
[0031 ]有機(jī)鋼化玻璃箱體呈六面立方體狀，其中，頂面開有液壓栗接口 11，底面加裝密封蓋7，相對一組側(cè)面上開設(shè)有與柔性橡膠板適配的弧形開口，另一組側(cè)面的底部設(shè)有安裝條，密封蓋通過螺釘固定在安裝條上。承壓實(shí)驗(yàn)臺上設(shè)有承壓臺卡軌，安裝條卡接在承壓臺卡軌9內(nèi)使密封液壓箱固定在承壓實(shí)驗(yàn)臺8上。
[0032]弧形橡膠板中心處開有圓孔5，圓孔內(nèi)設(shè)有鋼絲鉤，鋼絲鉤連接有拉環(huán)，拉環(huán)突出于圓孔外側(cè)，使用鋼絲鉤抽動拉環(huán)接替采出弧形橡膠板。
[0033]應(yīng)力傳感器有多個(gè)，分別設(shè)置在巷道圍巖的頂層靠近密封加壓層處和巷道圍巖的底層靠近弧形橡膠柱處，且各個(gè)應(yīng)力傳感器距離柔性橡膠板和弧形橡膠柱的距離相等。
[0034]水壓安全閥有多組，分別均勻鑲嵌在柔性橡膠板弧面上，一側(cè)與注水管相連，另一側(cè)與航道圍巖材料相通。
[0035]在使用時(shí)，先將有機(jī)鋼化玻璃箱體倒置，一層層鋪設(shè)、壓實(shí)相似材料形成巷道圍巖，直至弧形缺口位置，其中在相應(yīng)的位置鋪設(shè)應(yīng)力傳感器。填充前液壓箱如圖2所示，填充后液壓箱如圖3所不。
[0036]弧形橡膠柱的弧面及弧形橡膠板(如圖7)與弧形橡膠板之間涂一層凡士林(降低采出時(shí)的摩擦力、緊密接觸便于臨時(shí)加固)，疊加好的弧形橡膠柱如圖4所示，將弧形橡膠柱加固在上述弧形缺口位置，繼續(xù)向箱內(nèi)填充相似材料至箱滿。
[0037]給填充好的液壓箱加如圖5所示的密封蓋，用螺栓緊固。正置液壓箱，安放承壓試驗(yàn)臺(如圖6)上，固定好。接好液壓栗管，開始注油、注水、加壓。在注油、注水、加壓的過程中，通過鋼絲鉤將弧形橡膠板一層層抽出模擬掘進(jìn)巷道，記錄應(yīng)力傳感器的壓力變化，控制液壓，記錄頂板涌水量。
[0038]當(dāng)然，以上說明僅僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，本實(shí)用新型并不限于列舉上述實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)說明的是，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本說明書的指導(dǎo)下，所做出的所有等同替代、明顯變形形式，均落在本說明書的實(shí)質(zhì)范圍之內(nèi)，理應(yīng)受到本實(shí)用新型的保護(hù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.深部巷道圍巖突水相似物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括固定在承壓實(shí)驗(yàn)臺上的密封液壓箱，密封液壓箱的上部是由有機(jī)鋼化玻璃箱體和鑲嵌安全閥的弧形柔性橡膠板組成的密封加壓層，密封加壓層上開有液壓栗接口 ；所述密封加壓層的底部是由相似材料組成的巷道圍巖，巷道圍巖內(nèi)設(shè)有應(yīng)力傳感器;所述巷道圍巖的底部開有弧形槽，弧形槽內(nèi)加裝有模擬煤層的弧形橡膠柱，所述弧形橡膠柱由可分層抽出的弧形橡膠板疊加而成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深部巷道圍巖突水相似物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述弧形橡膠柱的弧面與巷道圍巖之間、弧形橡膠板與弧形橡膠板之間涂有凡士林層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深部巷道圍巖突水相似物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述有機(jī)鋼化玻璃箱體呈六面立方體狀，其中，頂面開有液壓栗接口，底面加裝密封蓋，相對一組側(cè)面上開設(shè)有與柔性橡膠板適配的弧形開口，另一組側(cè)面的底部設(shè)有安裝條，密封蓋中部開有滲流密集孔且密封蓋通過螺釘固定在安裝條上。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的深部巷道圍巖突水相似物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述承壓實(shí)驗(yàn)臺上設(shè)有承壓臺卡軌，安裝條卡接在承壓臺卡軌內(nèi)使密封液壓箱固定在承壓實(shí)驗(yàn)臺上。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深部巷道圍巖突水相似物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述弧形橡膠板中心處開有圓孔，圓孔內(nèi)設(shè)有鋼絲鉤，鋼絲鉤連接有拉環(huán)，拉環(huán)突出于圓孔外側(cè)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的深部巷道圍巖突水相似物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，使用鋼絲鉤抽動拉環(huán)接替采出弧形橡膠板。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深部巷道圍巖突水相似物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述應(yīng)力傳感器有多個(gè)，分別設(shè)置在巷道圍巖的頂層靠近密封加壓層處和巷道圍巖的底層靠近弧形橡膠柱處，且各個(gè)應(yīng)力傳感器距離柔性橡膠板和弧形橡膠柱的距離相等。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深部巷道圍巖突水相似物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述柔性橡膠板的頂部設(shè)有多條半圓鋼絲繩。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深部巷道圍巖突水相似物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述安全閥上部與注水管自由端相連，下部密封鑲嵌在柔性橡膠板內(nèi)與巷道圍巖相通。10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的深部巷道圍巖突水相似物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述承壓實(shí)驗(yàn)臺中部同樣開有均勻的滲流密集孔通向下部水箱，滲流密集孔下安裝有流量傳感器。
【文檔編號】G01N33/00GK205593980SQ201521125240
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2015年12月31日
【發(fā)明人】陳明, 王學(xué)武, 曹斌
【申請人】山東科技大學(xué)