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      一種沿空留巷底鼓的相似材料模擬裝置及其模擬方法

      文檔序號:9215513閱讀:322來源:國知局
      一種沿空留巷底鼓的相似材料模擬裝置及其模擬方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及一種沿空留巷底鼓的相似材料模擬裝置及其模擬方法,屬于礦山相似材料模擬試驗(yàn)領(lǐng)域。
      【背景技術(shù)】
      [0002]受采掘工程的影響,巷道頂?shù)装搴蛢蓭蛶r體產(chǎn)生變形并向巷道內(nèi)產(chǎn)生位移,巷道底板向上隆起的現(xiàn)象即稱之為底鼓。相似材料模擬試驗(yàn)是研宄礦山壓力及其顯現(xiàn)的主要方法與手段之一,試驗(yàn)過程與現(xiàn)場實(shí)際的相似程度直接影響試驗(yàn)結(jié)果對工程實(shí)踐的指導(dǎo)價(jià)值。目前,進(jìn)行沿空留巷底鼓的相似材料模擬試驗(yàn)時,受各種因素限制,通常僅考慮留巷穩(wěn)定階段水平或垂直支承壓力對底鼓的影響,而已有研宄結(jié)果顯示,同時施加水平和垂直應(yīng)力也是影響沿空留巷底鼓的主要因素之一,此外,沿空留巷底鼓全程一般可分為本工作面超前影響階段、本工作面滯后影響階段、留巷穩(wěn)定階段和二次回采超前影響階段四個階段,若僅考慮其中某一階段,結(jié)果無疑會具有很大的局限性,因此,上述試驗(yàn)結(jié)果往往不具有有效的實(shí)際研宄指導(dǎo)價(jià)值。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0003]本發(fā)明的目的是提供一種可全面體現(xiàn)支承壓力和水平應(yīng)力對沿空留巷底鼓全過程的影響、試驗(yàn)結(jié)果對工程實(shí)踐具有實(shí)際指導(dǎo)意義的沿空留巷底鼓的相似材料模擬裝置及其模擬方法。
      [0004]為達(dá)到上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
      [0005]一種沿空留巷底鼓的相似材料模擬裝置,包括支撐框架和反力梁,反力梁焊接于支撐框架的頂部,傳力鋼板設(shè)置在支撐框架的內(nèi)部,反力梁通過千斤頂I與傳力鋼板連接,支撐框架的內(nèi)部兩側(cè)分別設(shè)置有垂直于反力梁的可水平移動的立板,立板通過千斤頂II與支撐框架連接。
      [0006]進(jìn)一步的,在千斤頂II完成施加模擬的力后,為了使相似材料所受的應(yīng)力更加穩(wěn)定可靠,立板通過止退機(jī)構(gòu)連接在支撐框架上。
      [0007]進(jìn)一步的,所述支撐框架上設(shè)置有觀測窗,以方便觀察與監(jiān)控模擬過程。
      [0008]一種沿空留巷底鼓的相似材料模擬方法,包括以下實(shí)施步驟:
      [0009]A、基于實(shí)際地質(zhì)條件于支撐框架內(nèi)鋪設(shè)相似材料,并將其從左向右依次劃分出下工作面、巷道、巷旁支護(hù)體和采空區(qū)對應(yīng)區(qū)域,所述四個區(qū)域上方均設(shè)置有千斤頂I;
      [0010]B、待相似材料晾干后,在其周圍放置對應(yīng)上述各區(qū)域尺寸的傳力鋼板;
      [0011]C、基于實(shí)際應(yīng)用,千斤頂1(3-1)模擬相似材料所受的原巖應(yīng)力,對相似材料施加垂直方向的力,千斤頂II模擬相似材料所受的原巖應(yīng)力,對相似材料施加水平方向的力;
      [0012]D、取下巷道區(qū)域?qū)?yīng)區(qū)域布置的千斤頂I和傳力鋼板,基于工程實(shí)際動態(tài)改變其它千斤頂I的位置和施力大小,監(jiān)測記錄本工作面超前影響階段的巷道底鼓過程;
      [0013]E、然后取下采空區(qū)對應(yīng)區(qū)域布置的千斤頂I和傳力鋼板,基于工程實(shí)際動態(tài)改變其它千斤頂I的位置和施力大小,監(jiān)測記錄本工作面滯后影響階段、留巷穩(wěn)定階段和二次回采超前影響階段的巷道底鼓過程。
      [0014]進(jìn)一步的,為了提高模擬實(shí)驗(yàn)的精度,避免干擾信號對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響,所述支撐框架內(nèi)鋪設(shè)的相似材料的高度大于沿空留巷底板受擾動影響深度對應(yīng)的相似材料高度。
      [0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明提出的設(shè)計(jì)方案可以為千斤頂?shù)氖┝μ峁┝己玫闹A(chǔ),同時,可以左右平移并緊固的左、右立板使模擬相似材料所受水平應(yīng)力成為可能,利用相互獨(dú)立的頂部不同區(qū)域的傳力鋼板和千斤頂施加垂直載荷模擬支承壓力,可以動態(tài)模擬整個沿空留巷期間巷道底板所受應(yīng)力環(huán)境,底鼓影響因素考慮全面,應(yīng)力演化過程與工程實(shí)際相似度高,結(jié)果對工程實(shí)踐指導(dǎo)意義大。
      【附圖說明】
      [0016]圖1為本發(fā)明的正視圖;
      [0017]圖2為圖1的左視圖;
      [0018]圖中:1、支撐框架,2、反力梁,3-1、千斤頂1,3-2、千斤頂II,4、傳力鋼板,5、觀測窗,6、立板。
      【具體實(shí)施方式】
      [0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
      [0020]如圖1和圖2所示,一種沿空留巷底鼓的相似材料模擬裝置,包括支撐框架I和反力梁2,反力梁2焊接于支撐框架I的頂部,傳力鋼板4設(shè)置在支撐框架I的內(nèi)部,反力梁2通過千斤頂13-1與傳力鋼板4連接,支撐框架I的內(nèi)部兩側(cè)分別設(shè)置有垂直于反力梁2的可水平移動的立板6,立板6通過千斤頂II3-2與支撐框架I連接。
      [0021]進(jìn)一步的,在千斤頂II3-2完成施加模擬的力后,為了使相似材料所受的應(yīng)力更加穩(wěn)定可靠,立板6通過止退機(jī)構(gòu)連接在支撐框架I上。
      [0022]進(jìn)一步的,所述支撐框架I上設(shè)置有觀測窗5,以方便觀察與監(jiān)控模擬過程。
      [0023]一種沿空留巷底鼓的相似材料模擬方法,包括以下實(shí)施步驟:
      [0024]A、基于實(shí)際地質(zhì)條件于支撐框架I內(nèi)鋪設(shè)相似材料,并將其從左向右依次劃分出下工作面、巷道、巷旁支護(hù)體和采空區(qū)對應(yīng)區(qū)域,所述四個區(qū)域上方均設(shè)置有千斤頂13-1 ;
      [0025]B、待相似材料晾干后,在其周圍放置對應(yīng)上述各區(qū)域尺寸的傳力鋼板4 ;
      [0026]C、基于實(shí)際應(yīng)用,千斤頂13-1模擬相似材料所受的原巖應(yīng)力,對相似材料施加垂直方向的力,千斤頂Π3-2模擬相似材料所受的原巖應(yīng)力,對相似材料施加水平方向的力;
      [0027]D、取下巷道區(qū)域?qū)?yīng)區(qū)域布置的千斤頂13-1和傳力鋼板4,基于工程實(shí)際動態(tài)改變其它千斤頂13-1的位置和施力大小,監(jiān)測記錄本工作面超前影響階段的巷道底鼓過程;
      [0028]E、然后取下采空區(qū)對應(yīng)區(qū)域布置的千斤頂13-1和傳力鋼板4,基于工程實(shí)際動態(tài)改變其它千斤頂13-1的位置和施力大小,監(jiān)測記錄本工作面滯后影響階段、留巷穩(wěn)定階段和二次回采超前影響階段的巷道底鼓過程。
      [0029]進(jìn)一步的,為了提高模擬實(shí)驗(yàn)的精度,避免干擾信號對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響,所述支撐框架I內(nèi)鋪設(shè)的相似材料的高度大于沿空留巷底板受擾動影響深度對應(yīng)的相似材料高度。
      [0030]本發(fā)明提出一種沿空留巷底鼓的相似材料模擬裝置及其模擬方法,該方案可以為千斤頂?shù)氖┝μ峁┝己玫闹A(chǔ),同時,可以左右平移并緊固的左、右面使模擬相似材料所受水平應(yīng)力成為可能,利用相互獨(dú)立的頂部不同區(qū)域的傳力鋼板和千斤頂施加垂直載荷模擬支承壓力,可以動態(tài)模擬整個沿空留巷期間巷道底板所受應(yīng)力環(huán)境,底鼓影響因素考慮全面,應(yīng)力演化過程與工程實(shí)際相似度高,結(jié)果對工程實(shí)踐指導(dǎo)意義大。
      【主權(quán)項(xiàng)】
      1.一種沿空留巷底鼓的相似材料模擬裝置,其特征在于,包括支撐框架(I)和反力梁(2),反力梁(2)焊接于支撐框架(I)的頂部,傳力鋼板(4)設(shè)置在支撐框架(I)的內(nèi)部,反力梁⑵通過千斤頂I (3-1)與傳力鋼板⑷連接,支撐框架⑴的內(nèi)部兩側(cè)分別設(shè)置有垂直于反力梁(2)的可水平移動的立板¢),立板(6)通過千斤頂II (3-2)與支撐框架(I)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種沿空留巷底鼓的相似材料模擬裝置,其特征在于,立板(6)通過止退機(jī)構(gòu)連接在支撐框架(I)上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種沿空留巷底鼓的相似材料模擬裝置,其特征在于,所述支撐框架(I)上設(shè)置有觀測窗(5)。4.一種沿空留巷底鼓的相似材料模擬方法,其特征在于,包括以下實(shí)施步驟:A、基于實(shí)際地質(zhì)條件于支撐框架(I)內(nèi)鋪設(shè)相似材料,并將其從左向右依次劃分出下工作面、巷道、巷旁支護(hù)體和采空區(qū)對應(yīng)區(qū)域,所述四個區(qū)域上方均設(shè)置有千斤頂1(3-1); B、待相似材料晾干后,在其周圍放置對應(yīng)上述各區(qū)域尺寸的傳力鋼板(4); C、基于實(shí)際應(yīng)用,千斤頂1(3-1)模擬相似材料所受的原巖應(yīng)力,對相似材料施加垂直方向的力,千斤頂11(3-2)模擬相似材料所受的原巖應(yīng)力,對相似材料施加水平方向的力,; D、取下巷道區(qū)域?qū)?yīng)區(qū)域布置的千斤頂1(3-1)和傳力鋼板(4),基于工程實(shí)際動態(tài)改變其它千斤頂1(3-1)的位置和施力大小,監(jiān)測記錄本工作面超前影響階段的巷道底鼓過程; E、然后取下采空區(qū)對應(yīng)區(qū)域布置的千斤頂1(3-1)和傳力鋼板(4),基于工程實(shí)際動態(tài)改變其它千斤頂1(3-1)的位置和施力大小,監(jiān)測記錄本工作面滯后影響階段、留巷穩(wěn)定階段和二次回采超前影響階段的巷道底鼓過程。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種沿空留巷底鼓的相似材料模擬方法,其特征在于,所述支撐框架(I)內(nèi)鋪設(shè)的相似材料的高度大于沿空留巷底板受擾動影響深度對應(yīng)的相似材料高度。
      【專利摘要】一種沿空留巷底鼓的相似材料模擬裝置及其模擬方法,該裝置包括支撐框架(1)和反力梁(2),反力梁(1)焊接于支撐框架(1)的頂部,傳力鋼板(4)設(shè)置在支撐框架(1)的內(nèi)部,反力梁(2)通過千斤頂I(3-1)與傳力鋼板(4)連接,支撐框架(1)的內(nèi)部兩側(cè)分別設(shè)置有垂直于反力梁(2)的可水平移動的立板(6),立板(6)通過千斤頂II(3-2)與支撐框架(1)連接。該模擬方法將沿空留巷底鼓全程分為本工作面超前、本工作面滯后、留巷穩(wěn)定、二次回采超前四個階段,并基于各階段巷道實(shí)際受力環(huán)境動態(tài)改變千斤頂?shù)奈恢煤褪┝χ?。同時考慮水平應(yīng)力和支承壓力對沿空留巷底鼓全程的影響,其模擬結(jié)果對工程實(shí)踐具有實(shí)際指導(dǎo)意義。
      【IPC分類】G01N3/12
      【公開號】CN104931355
      【申請?zhí)枴緾N201510234308
      【發(fā)明人】徐營, 陳進(jìn), 柏建彪
      【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)
      【公開日】2015年9月23日
      【申請日】2015年5月8日
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