本發(fā)明涉及一種礦山開采平面相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，特別涉及一種臥式多角度礦山開采平面相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

由于礦山巖體是一種屬性極其復(fù)雜的復(fù)合介質(zhì)，開采引起的巖層與地表移動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜的力學(xué)過(guò)程。在礦山開采活動(dòng)的影響下，巖體中的不同部分、不同時(shí)間發(fā)生著不同類型的變形和破壞現(xiàn)象，而且這些現(xiàn)象形成的過(guò)程具有不可見、不可接觸性，為理論研究和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)帶來(lái)較大的困難。同時(shí)，在礦山真實(shí)開采條件下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)研究，不僅工作量大，歷時(shí)時(shí)間長(zhǎng)、而且費(fèi)用高，并且對(duì)采區(qū)布置參數(shù)、開采工藝及開采順序的改變十分困難，測(cè)試手段和觀測(cè)方法也受到礦山現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的限制。因此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室采用相似材料模擬的手段來(lái)再現(xiàn)礦山開采過(guò)程，成為研究其內(nèi)在規(guī)律的一種有效手段。

相似材料模擬實(shí)驗(yàn)是一種以相似理論為基礎(chǔ)，通過(guò)一定的相似材料模型在相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置中進(jìn)行礦山實(shí)際工程問(wèn)題的研究。傳統(tǒng)的相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置的相似材料的填埋，大多在豎直分層裝填，通常適用于模擬地質(zhì)條件較好、煤層傾角較小的模擬實(shí)驗(yàn)，且工作量大、困難，并在操作過(guò)程中具有一定危險(xiǎn)性。而面對(duì)急傾斜或大傾角煤層的相似材料裝填時(shí)，在豎直分層裝填會(huì)出現(xiàn)砂漿因分層傾角較大而下滑，出現(xiàn)裝填困難、裝填工序復(fù)雜等問(wèn)題；且大多傳統(tǒng)的相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置僅施加一定的豎向壓力，而橫向力靠支架反力作用施加，卻無(wú)法控制其大小，對(duì)相似模擬結(jié)果的準(zhǔn)確度產(chǎn)生了一定影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有相似材料模擬實(shí)驗(yàn)存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供一種簡(jiǎn)便、安全、工作量小、適用性強(qiáng)的臥式多角度礦山開采平面相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種臥式多角度礦山開采平面相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括加載裝置、填模裝置、提升裝置以及實(shí)驗(yàn)架，所述的實(shí)驗(yàn)架內(nèi)側(cè)為長(zhǎng)方形框，所述的加載裝置固定在實(shí)驗(yàn)架內(nèi)側(cè)，所述的填模裝置為長(zhǎng)方體，填模裝置的下端與實(shí)驗(yàn)架鉸接，所述的提升裝置分別與實(shí)驗(yàn)架和填模裝置的上端相連。

上述的臥式多角度礦山開采平面相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置中，所述的加載裝置是由豎向加載千斤頂、豎向加載梁、側(cè)向加載千斤頂、側(cè)向加載梁組成。

上述的臥式多角度礦山開采平面相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置中，所述的填模裝置是由?？蛏献o(hù)板、模框側(cè)護(hù)板、?？虻装?、模框上部緊固板、模板、鋼化玻璃板、?？蛳虏烤o固板組成；其中?？蛏献o(hù)板與側(cè)護(hù)板之間交接處、模框側(cè)護(hù)板與?？虻装逯g交接處均采用齒形結(jié)合，并留有齒縫間隙，齒形結(jié)合外側(cè)分別利用?？蛏喜烤o固板、?？蛳虏烤o固板進(jìn)行密封固定。

上述的臥式多角度礦山開采平面相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置中，所述的提升裝置包括電動(dòng)機(jī)、提升繩、導(dǎo)向輪、?？蛱嵘篆h(huán)，所述的導(dǎo)向輪固定于實(shí)驗(yàn)架頂部，模框提升套環(huán)設(shè)置于填模裝置的上部，提升繩一端與電動(dòng)機(jī)輸出端相連，另一端經(jīng)導(dǎo)向輪與?？蛱嵘篆h(huán)相連。

上述的臥式多角度礦山開采平面相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置中，還包括一固定索，固定索的一端固定于實(shí)驗(yàn)架頂梁上，另一端固定于填模裝置上部。

一種臥式多角度礦山開采平面相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，包括以下步驟：（1）通過(guò)提升裝置將?？蜓b置放平；（2）在平放的模框底部邊框處安裝鋼化玻璃板；（3）在?？騼?nèi)安裝分層模板；（4）進(jìn)行分層相似材料的裝填及壓實(shí)；（5）裝填完畢后，待相似材料凝固好；（6）通過(guò)提升裝置將?？蛱嵘⑵鹬霖Q直；（7）通過(guò)固定索將模框固定在實(shí)驗(yàn)架上；（8）待模型自然風(fēng)干至相似材料強(qiáng)度穩(wěn)定后，依次將鋼化玻璃板、模框上部緊固板、模框下部緊固板拆除；（9）根據(jù)所需荷載大小對(duì)相似模型進(jìn)行豎向及橫向加載，進(jìn)行相應(yīng)的相似實(shí)驗(yàn)。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明通過(guò)將填模裝置平放進(jìn)行相似材料的分層裝填并壓實(shí)，可以使裝填步驟更加簡(jiǎn)便安全，工作量小。而且通過(guò)分層模板與底邊成不同的角度的裝設(shè)，可分層裝填任意傾角煤、巖層的模模型進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明中的提升裝置靈活性較大，可以采用實(shí)際需要選用小絞車、小型提升電動(dòng)機(jī)、電或手提葫蘆等提升設(shè)備。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的實(shí)施圖主視圖。

圖3為本發(fā)明的實(shí)施圖左視圖。

圖4為本發(fā)明的實(shí)施圖俯視圖。

附圖中的說(shuō)明：

1——架頂提升導(dǎo)向輪，2——提升支撐柱，3——提升支撐斜柱，4——豎向加載千斤頂，5——側(cè)向加載千斤頂，6——實(shí)驗(yàn)架，7——底座，8——豎向加載梁，9——側(cè)向加載梁，10——?？蛏献o(hù)板，11——?？騻?cè)護(hù)板，12——模框底板，13——合頁(yè)，14——固定索，15——提升繩，16——導(dǎo)向輪，17——模框上部緊固板，18——模框提升套環(huán)，19——模框下部緊固板，20——鋼化玻璃板，21——螺釘，22——電動(dòng)機(jī)，23——模板，24——已裝填的相似材料。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明包括加載裝置、填模裝置、提升裝置、固定裝置以及實(shí)驗(yàn)架。其中加載裝置由豎向加載千斤頂4、豎向加載梁8、側(cè)向加載千斤頂5、側(cè)向加載梁9組成；所述的實(shí)驗(yàn)架內(nèi)側(cè)為長(zhǎng)方形框，所述的填模裝置是由模框上護(hù)板10、模框側(cè)護(hù)板11、?？虻装?2、模框上部緊固板17、鋼化玻璃板20、模框下部緊固板19組成一個(gè)長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，其中?？蛏献o(hù)板10與側(cè)護(hù)板11之間交接處、?？騻?cè)護(hù)板11與?？虻装?2之間交接處均采用齒形結(jié)合，并留有齒縫間隙，齒形結(jié)合外側(cè)分別利用?？蛏喜烤o固板17、?？蛳虏烤o固板19進(jìn)行密封固定。用合頁(yè)將?？虻装?2與實(shí)驗(yàn)架下端的底座7鉸接，所述的加載裝置固定在實(shí)驗(yàn)架6內(nèi)側(cè)，所述的提升裝置分別與實(shí)驗(yàn)架和填模裝置的上端相連。所述的提升裝置包括電動(dòng)機(jī)22、提升繩15、導(dǎo)向輪16、提升支撐柱2、提升支撐斜柱3、?？蛱嵘篆h(huán)18，所述的導(dǎo)向輪16固定于實(shí)驗(yàn)架6頂部，模框提升套環(huán)18設(shè)置于填模裝置的上部，提升繩15一端與電動(dòng)機(jī)22輸出端相連，另一端經(jīng)導(dǎo)向輪16與?？蛱嵘篆h(huán)18相連。固定索14的一端固定于實(shí)驗(yàn)架頂梁上，另一端固定于?？蛏献o(hù)板10上。

本發(fā)明的實(shí)施過(guò)程如下：首先對(duì)豎向加載千斤頂4、側(cè)向加載千斤頂5進(jìn)行卸載，使豎向加載梁8、側(cè)向加載梁9與模框上護(hù)板10、?？騻?cè)護(hù)板11脫離一定間隙；然后安裝?？蛏喜烤o固板17、?？蛳虏烤o固板19；下一步將固定索14從實(shí)驗(yàn)架6頂梁卸下；下一步將提升繩15綁在?？蛱嵘篆h(huán)18上，反向開啟提升電動(dòng)機(jī)22將?？蚓従彿胖了剑幌乱徊綄摶ＡО?0安裝在?？虻撞窟吙蛱帲幌乱徊绞褂媚举|(zhì)墊板對(duì)水平放倒的?？蜻M(jìn)行襯墊；下一步將提升繩15從?？蛱嵘篆h(huán)18上卸下以便下一步工序的進(jìn)行；下一步將符合實(shí)驗(yàn)需要的預(yù)制模板23安裝在?？騼?nèi)已標(biāo)定位置處；下一步在水平?？騼?nèi)進(jìn)行相似材料的裝填，待該部分材料裝填完畢后達(dá)到一定程度的凝固后，卸下已安裝的模板，將下一塊模板安裝到標(biāo)定位置處，然后進(jìn)行另一種相似材料的裝填，以此循環(huán)至裝填完畢，待相似材料模型風(fēng)干至一定程度后，將提升繩15再次綁在?？蛱嵘篆h(huán)18上并開啟提升電動(dòng)機(jī)22，將模框拉起至豎直位置為止；下一步將固定索14再次安裝在實(shí)驗(yàn)架6頂梁上對(duì)模框進(jìn)行防倒固定；下一步將?？蛏喜烤o固板17、?？蛳虏烤o固板19再次拆下；下一步對(duì)豎向加載千斤頂4、側(cè)向加載千斤頂5進(jìn)行預(yù)加載，使豎向加載梁8、側(cè)向加載梁9與模框上護(hù)板10、模框側(cè)護(hù)板11緊密接觸為止；下一步根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要對(duì)相似模型進(jìn)行豎向、橫向加載。