本發(fā)明涉及一種動壓巷道穩(wěn)定性三維相似模擬裝置及應(yīng)用方法，屬于井工開采巷道模擬室內(nèi)實驗領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

煤礦井下煤巖巷道的穩(wěn)定性事關(guān)煤礦的安全生產(chǎn),更關(guān)系到井下工人的健康安全，其初期建設(shè)費用和后期維護費用占據(jù)煤礦生產(chǎn)成本很大比重,事關(guān)煤礦盈虧,其重要性不言而喻。隨著煤礦進入深部開采,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)常需要在酮室群、上山酮室、交叉巷道、過斷層等特殊條件下維護巷道穩(wěn)定性,從而導(dǎo)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,煤巖巷道的穩(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,尋找到可行的控制技術(shù)。

而目前煤巖巷道德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，實驗臺無法很好的模擬動載效應(yīng)，因此,需要對上述煤巖巷道相似模擬實驗臺進行改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種動壓巷道穩(wěn)定性三維相似模擬裝置及應(yīng)用方法，該方案主要目的在于為實驗室提供一種可在實驗室內(nèi)進行模擬井下開采動載巷道穩(wěn)定性的實驗臺，用于進行相關(guān)條件下的實驗，以益于相關(guān)理論及現(xiàn)象的研究。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種動壓巷道穩(wěn)定性三維相似模擬裝置，包括實驗臺、控制按鈕、第一千斤頂、第一柔性鋼化玻璃板、第二鋼化玻璃板、頂板加載系統(tǒng)、第二千斤頂、固定橫梁、兩幫動壓加載系統(tǒng)、重錘抬高板、第三鋼化玻璃板、重錘、底板加載系統(tǒng)和第三千斤頂，所述的實驗臺臺面上表面設(shè)置有底板加載系統(tǒng)；底板加載系統(tǒng)上方設(shè)置有頂板加載系統(tǒng)；底板加載系統(tǒng)與頂板加載系統(tǒng)之間設(shè)置有由第一柔性鋼化玻璃板和第二鋼化玻璃板組成的支撐系統(tǒng)；兩幫動壓加載系統(tǒng)對稱設(shè)置在支撐系統(tǒng)兩側(cè)。

所述的實驗臺上表面靠近側(cè)邊位置設(shè)置有控制按鈕，實驗臺底部設(shè)置有支撐腿。

所述的底板加載系統(tǒng)還包括第一千斤頂和第一柔性鋼化玻璃板，底板加載系統(tǒng)通過螺栓直接固定在實驗臺上，第一千斤頂?shù)鬃O(shè)置在實驗臺上，第一千斤頂頂桿設(shè)置在底板加載系統(tǒng)的第一柔性鋼化玻璃板底板上。

所述的頂板加載系統(tǒng)還包括固定橫梁、第二千斤頂和第一柔性鋼化玻璃板，固定橫梁設(shè)置在頂板加載系統(tǒng)頂部，第一柔性鋼化玻璃板設(shè)置在頂板加載系統(tǒng)底部，第二千斤頂設(shè)置在固定橫梁與第一柔性鋼化玻璃板之間。

所述的兩幫動壓加載系統(tǒng)還包括重錘抬高板、重錘、第三千斤頂和第三鋼化玻璃板，重錘抬高板與兩幫動壓加載系統(tǒng)活動連接，第三千斤頂一端固定在兩幫動壓加載系統(tǒng)底板下方，另一端固定在重錘抬高板內(nèi)側(cè)；重錘通過引線連接到兩幫動壓加載系統(tǒng)底板下方，重錘安裝在重錘抬高板外側(cè)。

所述的第一鋼化玻璃板為柔性鋼化玻璃板。

其動壓巷道穩(wěn)定性三維相似模擬裝置的使用方法，包括以下步驟：

第一步、實驗前檢查實驗臺各組成部分的可靠性；

第二步、按照幾何相似比1:6~1:18的比例，利用實驗臺將沙子、石膏、石灰、水和水泥材料配制成的煤巖體材料制作成巷道整體模型；

第三步、根據(jù)地質(zhì)條件，對巷道頂?shù)装鍛?yīng)力系統(tǒng)的千斤頂進行加載，模擬頂?shù)装宓膽?yīng)力情況；

第四步、將巷道兩幫動載系統(tǒng)中的重錘抬高不同的高度后釋放；

第五步、待巷道在加載系統(tǒng)加載穩(wěn)定后，觀測并記錄模擬實驗所的數(shù)據(jù)，進行分析和理論研究。

與現(xiàn)有技術(shù)對比，采用本發(fā)明的一種動壓巷道穩(wěn)定性三維相似模擬裝置應(yīng)用方法，可以模擬巷道動壓加載的穩(wěn)定性及破壞形式，并可以在模擬巷道中加入一定的支護參數(shù)來測量巷道穩(wěn)定性，通過改變支護參數(shù)，得出控制巷道穩(wěn)定性的措施，為現(xiàn)場巷道維護提供依據(jù)。

本發(fā)明具有簡單易操作，能安全、有效、經(jīng)濟地確定動壓巷道穩(wěn)定性，通過室內(nèi)物理實驗?zāi)苡行е笇?dǎo)現(xiàn)場實踐工作中的巷道穩(wěn)定的治理問題，具有很好的推廣應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為一種動壓巷道穩(wěn)定性三維相似模擬裝置示意圖；

圖2為一種動壓巷道穩(wěn)定性三維相似模擬裝置正視圖；

圖3為一種動壓巷道穩(wěn)定性三維相似模擬裝置重錘抬高板示意圖；

附圖中的標(biāo)記符號說明：

1、實驗臺；2、控制按鈕；3、千斤頂；4、第一鋼化玻璃板；5、第二鋼化玻璃板；6、頂板加載系統(tǒng)；7、千斤頂；8、固定橫梁；9、兩幫動壓加載系統(tǒng)；10、重錘抬高板；11、第三鋼化玻璃板；12、重錘；13、底板加載系統(tǒng);14、千斤頂。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

本發(fā)明的一種工作面煤壁柔性加固實驗系統(tǒng)主要通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，參照圖1、2、3對本發(fā)明的實施例進行說明：

一種動壓巷道穩(wěn)定性三維相似模擬裝置，由實驗臺1、控制按鈕2、千斤頂3、柔性鋼化玻璃板4、鋼化玻璃板5、頂板加載系統(tǒng)6、千斤頂7、固定橫梁8、兩幫動壓加載系統(tǒng)9、重錘抬高板10、鋼化玻璃板11、重錘12、底板加載系統(tǒng)13和千斤頂14。

頂板加載系統(tǒng)6包括固定橫梁8、千斤頂7和柔性鋼化玻璃板4。在做巷道整體模型時，可將頂板加載系統(tǒng)6和鋼化玻璃板5拆下，待巷道模型制作完成后可以將頂板加載系統(tǒng)6和鋼化玻璃板5固定在兩幫動壓加載系統(tǒng)9上；兩幫動壓加載系統(tǒng)9包括重錘太高板10、重錘12、千斤頂14和鋼化玻璃板11。兩幫動壓加載系統(tǒng)同樣是可以拆卸固定的，在做巷道整體模型時，可將兩幫動壓加載系統(tǒng)9和鋼化玻璃板11拆下，待巷道模型制作完成后可以再將兩幫動壓加載系統(tǒng)9和鋼化玻璃板11固定在底板加載系統(tǒng)13上.，重錘抬高板10可以將重錘抬高不同的高度釋放，已達到對系統(tǒng)加載所需不同動壓的目的。重錘抬高板10中間設(shè)置一個凹槽并可以彈開裝置，以便于固定和釋放重錘12。底板加載系統(tǒng)13包括千斤頂3和鋼化玻璃板4，底板加載系統(tǒng)13直接固定在實驗臺1上，在制作巷道整體模型時可以通過改變各個千斤頂3的高度來滿足制作整體巷道模型的傾角要求?？刂瓢粹o2可以控制千斤頂3、7、14，以及重錘抬高板10的閉合。

試驗時，先將頂板加載系統(tǒng)13和兩幫動壓加載系統(tǒng)9拆下，然后根據(jù)實驗的現(xiàn)場實際條件將底板加載統(tǒng)13的各個千斤頂調(diào)整，滿足巷道的傾角，巷道煤巖體用通常所用的沙子、石膏、石灰、水按一定的相似比例模擬煤巖體材料，巷道煤巖體成型以后，將鋼化玻璃板5和11固定在實驗臺1上，然后再分別固定兩幫動壓加載系統(tǒng)9和頂板加載系統(tǒng)6。根據(jù)實驗?zāi)M要求，對巷道整體模型進行加載模擬，得出巷道變形及穩(wěn)定性特征，為解決現(xiàn)場煤壁穩(wěn)定性問題提供有效控制措施。其實驗步驟如下：

第一步、實驗前檢查實驗臺各組成部分的可靠性；

第二步、按照幾何相似比1:6~1:18的比例，利用實驗臺把沙子、石膏、石灰、水和水泥材料配制成的煤巖體材料制作成巷道整體模型；

第三步、根據(jù)地質(zhì)條件，對巷道頂?shù)装鍛?yīng)力系統(tǒng)的千斤頂進行加載，模擬頂?shù)装宓膽?yīng)力情況；

第四步、將巷道兩幫動載系統(tǒng)中的重錘抬高不同的高度后釋放；

第五步、待巷道在加載系統(tǒng)加載穩(wěn)定后，觀測并記錄模擬實驗所的數(shù)據(jù)，進行分析和理論研究。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。