一種適于礦井巷道相似模擬試驗的函數(shù)加載裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于巖體工程物理力學試驗領(lǐng)域，具體涉及一種適于礦井巷道相似模擬試驗的函數(shù)加載裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國煤層開采深度的不斷加深，礦山巷道受地質(zhì)構(gòu)造及水文、瓦斯地質(zhì)等影響愈發(fā)明顯，礦山壓力和采動應(yīng)力對巷道圍巖的破壞程度也不斷增大，嚴重影響到礦山企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益的不斷提高。由于礦山巖體本身的固有屬性，導(dǎo)致各種礦山開采活動引起的應(yīng)力及其變形情況無法準確測量，加之地下開采活動具有不可重復(fù)性，因此，相似材料模擬試驗成為深部礦山開采領(lǐng)域的生產(chǎn)及相關(guān)科學研究中不可替代的研究手段，在科學研究與生產(chǎn)實踐中發(fā)揮著越來越重要的作用。相似模擬試驗的基本原理是，采用力學上相似于原型的人工材料，按一定比例建造一個相似于原型的力學結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，并施以相似于原型的載荷和工程活動，借以研究原型受力情況及其圍巖破壞過程。該技術(shù)方法已經(jīng)在采礦、水工、巖土、隧道等工程領(lǐng)域進行過大量應(yīng)用，并取得了豐碩成果。然而，隨各領(lǐng)域生產(chǎn)實踐活動的不斷發(fā)展，其面臨的工程對象及其所涉及的地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，因此，對相似模擬試驗技術(shù)水平的要求也越來越高。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)相似模擬試驗系統(tǒng)中，普遍采用的加載方式及裝置上存在缺陷與不足，導(dǎo)致試驗巷道或硐室所處受力環(huán)境與工程實際不符，其原因是目前的相似模擬試驗中普遍采用的加載方式有如下幾種:液壓栗站+液缸+加載板；液壓或空壓栗站+囊袋式柔性加載；金屬塊或杠桿式重力加載。無論哪種加載方式，其存在的共同缺陷是，只能施加均勻載荷或集中荷載，部分情況下僅能夠施加梯度荷載。這與深部礦山開采環(huán)境的巷道實際受力情況相差甚遠，如圖1所示的巷道圍巖受力情況就無法采用前述加載方法進行模擬分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于【背景技術(shù)】存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種適于礦井巷道相似模擬試驗的函數(shù)加載裝置，其可以更為真實地模擬試驗深部礦井巷道在實際礦山壓力作用下巷道圍巖變形與破壞等問題的演化過程及其變化規(guī)律。
[0005]本發(fā)明提出的一種適于礦井巷道相似模擬試驗的函數(shù)加載裝置，包括機架、至少一個油缸、反力框架和多個下壓機構(gòu)；
[0006]油缸安裝在機架上，油缸驅(qū)動連接反力框架；下壓機構(gòu)包括移動桿、防偏套和壓板，移動桿上部可移動安裝在反力框架內(nèi)，防偏套安裝在壓板上方，防偏套套接在移動桿下部的外圍，移動桿沿水平方向均勻分布，相鄰的兩個壓板之間活動連接；移動桿下方安裝有彈性件。
[0007]優(yōu)選地，壓板上方放置有鋼球，鋼球位于防偏套內(nèi)并位于彈性件下方。
[0008]優(yōu)選地，壓板上方設(shè)有可與鋼球相適配的凹槽。
[0009]優(yōu)選地，彈性件為彈簧。
[0010]優(yōu)選地，相鄰的兩個壓板之間鉸接。
[0011]優(yōu)選地，防偏套為具有圓柱形通孔的圓柱體，防偏套上部的角為圓弧倒角。
[0012]優(yōu)選地，移動桿為絲桿。
[0013]優(yōu)選地，反力框架包括油缸安裝板、加勁板和反力梁，油缸驅(qū)動連接安裝板，加勁板安裝在安裝板下方并垂直于安裝板，反力梁安裝在安裝板下方，反力梁上設(shè)有可與移動桿相適配的內(nèi)螺紋。
[0014]本發(fā)明利用油缸均對反力框架施加荷載，從而保證施加荷載的恒定性；試件表面的函數(shù)荷載通過各不同位置移動桿壓縮彈性件分別在試件表面施加不同的荷載，可以在相似模擬模型試件上施加隨不同位置發(fā)生函數(shù)曲線變化的荷載。本發(fā)明可以較為真實地為相似模擬試件施加隨位置而函數(shù)變化的荷載，從而模擬試驗復(fù)雜受力環(huán)境下深部巷道、硐室圍巖變形破壞情況，尤其適用于受礦山采掘活動影響區(qū)域內(nèi)的相似模擬試驗測試與分析，同時該適于礦井巷道相似模擬試驗的函數(shù)加載裝置對于其它類似巖土或巖體試驗測試同樣適用；該適于礦井巷道相似模擬試驗的函數(shù)加載裝置有效克服了以往相似模擬試驗測試過程中只能施加均勻荷載或梯形荷載而無法真實有效地模擬分析深部巷道、硐室圍巖變形破壞規(guī)律及其機理問題。
【附圖說明】
[0015]圖1為礦山回采工作面附近支承壓力分布示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明提出的一種適于礦井巷道相似模擬試驗的函數(shù)加載裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為本發(fā)明A局部放大圖；
[0018]圖4為本發(fā)明壓板俯視圖。
【具體實施方式】
[0019]參照圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明提出的一種適于礦井巷道相似模擬試驗的函數(shù)加載裝置，包括機架1、至少一個油缸2、反力框架3和多個下壓機構(gòu)4 ;
[0020]油缸2安裝在機架I上，油缸2驅(qū)動連接反力框架3 ;下壓機構(gòu)4包括移動桿41、防偏套42和壓板43，移動桿41上部可移動安裝在反力框架3內(nèi)，防偏套42安裝在壓板43上方，防偏套42套接在移動桿41下部的外圍，移動桿41沿水平方向均勻分布，相鄰的兩個壓板43之間活動連接；移動桿41下方安裝有彈性件411。
[0021]本實施方式中，壓板43上方放置有鋼球431，鋼球431位于防偏套42內(nèi)并位于彈性件411下方，減少壓板43出現(xiàn)偏心荷載發(fā)生的可能。
[0022]本實施方式中，壓板43上方設(shè)有可與鋼球431相適配的凹槽，有利于提高鋼球與壓板43之間的受力面積，減少壓板43和鋼球431由于相互之間受力面積過小導(dǎo)致?lián)p壞的情況發(fā)生。
[0023]本實施方式中，彈性件411為彈簧，制造成本低，不易損害。
[0024]本實施方式中，任意相鄰的兩個壓板43之間鉸接，壓板43相互連接且又可自由移動。
[0025]本實施方式中，防偏套42為具有圓柱形通孔的圓柱體，防偏套42上部的角為圓弧倒角，便于移動桿41與防偏套的配合。
[0026]本實施方式中，移動桿41為絲桿，制造方便，便于移動的同時具有一定的穩(wěn)定性。
[0027]本實施方式中，反力框架3包括油缸安裝板31、加勁板32和反力梁33，油缸2驅(qū)動連接安裝板31，加勁板32安裝在安裝板31下方并垂直于安裝板31，反力梁33安裝在安裝板31下方，反力梁33上設(shè)有可與移動桿41相適配的內(nèi)螺紋，油缸安裝板31、加勁板32和反力梁33相互配合在節(jié)約反力框架制造成本的同時減輕反力框架的重量，同時移動桿41具有充分移動的空間。
[0028]本發(fā)明使用時，首先按照常規(guī)試驗方法進行試驗準備，加工或安裝試驗試件；然后順次在模型試件上表面放置該適于礦井巷道相似模擬試驗的函數(shù)加載裝置；接著按照試驗要求計算需要施加給模型試件的荷載并分配給油缸2上去進行初步加載，根據(jù)函數(shù)加載需要進行調(diào)整各移動桿41的位置，同時測量各移動桿41的壓縮行程，進而根據(jù)彈簧彈性系數(shù)和壓縮距離計算出每個鏈節(jié)所施加的荷載，直至達到試驗要求為止，實現(xiàn)模型荷載的加載過程；按照常規(guī)相似模擬試驗進行巖土體的開挖與測試即可。
[0029]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【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)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種適于礦井巷道相似模擬試驗的函數(shù)加載裝置，其特征在于:包括機架(I)、至少一個油缸(2)、反力框架(3)和多個下壓機構(gòu)(4); 油缸(2)安裝在機架(I)上，油缸(2)驅(qū)動連接反力框架(3);下壓機構(gòu)(4)包括移動桿(41)、防偏套(42)和壓板(43)，移動桿(41)上部可移動安裝在反力框架(3)內(nèi)，防偏套(42)安裝在壓板(43)上方，防偏套(42)套接在移動桿(41)下部的外圍，移動桿(41)沿水平方向均勻分布，相鄰的兩個壓板(43)之間活動連接；移動桿(41)下方安裝有彈性件(411) ο2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于礦井巷道相似模擬試驗的函數(shù)加載裝置，其特征在于:壓板(43)上方放置有鋼球(431)，鋼球(431)位于防偏套(42)內(nèi)并位于彈性件(411)下方。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適于礦井巷道相似模擬試驗的函數(shù)加載裝置，其特征在于:壓板(43)上方設(shè)有可與鋼球(431)相適配的凹槽。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于礦井巷道相似模擬試驗的函數(shù)加載裝置，其特征在于:彈性件(411)為彈簧。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于礦井巷道相似模擬試驗的函數(shù)加載裝置，其特征在于:相鄰的兩個壓板(43)之間鉸接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于礦井巷道相似模擬試驗的函數(shù)加載裝置，其特征在于:防偏套(42)為具有圓柱形通孔的圓柱體，防偏套(42)上部的角為圓弧倒角。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項所述的適于礦井巷道相似模擬試驗的函數(shù)加載裝置，其特征在于:移動桿(41)為絲桿。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的適于礦井巷道相似模擬試驗的函數(shù)加載裝置，其特征在于:反力框架(3)包括油缸安裝板(31)、加勁板(32)和反力梁(33)，油缸(2)驅(qū)動連接安裝板(31)，加勁板(32)安裝在安裝板(31)下方并垂直于安裝板(31)，反力梁(33)安裝在安裝板(31)下方，反力梁(33)上設(shè)有可與移動桿(41)相適配的內(nèi)螺紋。
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種適于礦井巷道相似模擬試驗的函數(shù)加載裝置，包括機架、至少一個油缸、反力框架和多個下壓機構(gòu)；油缸安裝在機架上，油缸驅(qū)動連接反力框架；下壓機構(gòu)包括移動桿、防偏套和壓板，移動桿上部可移動安裝在反力框架內(nèi)，防偏套安裝在壓板上方，防偏套套接在移動桿下部的外圍，移動桿沿水平方向均勻分布，相鄰的兩個壓板之間活動連接。本發(fā)明可以更為真實地模擬試驗深部礦井巷道在實際礦山壓力作用下巷道圍巖變形與破壞等問題的演化過程及其變化規(guī)律。
【IPC分類】G01N3/02
【公開號】CN105043852
【申請?zhí)枴緾N201510468019
【發(fā)明人】劉欽節(jié), 楊科, 華心祝, 李迎富, 李志華, 陳登紅
【申請人】安徽理工大學
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月30日