一種礦井災(zāi)害預(yù)防與控制模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及相似材料模擬領(lǐng)域，特別涉及一種礦井災(zāi)害預(yù)防與控制模擬試驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]相似材料模擬試驗(yàn)是以相似理論為基礎(chǔ)的模型試驗(yàn)技術(shù)，是利用事物或現(xiàn)象之間存在的相似和類似等特征來(lái)研究自然規(guī)律的一種方法。它特別適用于那些難以用理論分析方法獲取結(jié)果的研究領(lǐng)域，同時(shí)也是一種對(duì)理論研究結(jié)果進(jìn)行分析比較的有效手段。
[0003]相似材料模擬試驗(yàn)具有以下特點(diǎn):相似材料模擬試驗(yàn)可以嚴(yán)格控制模擬對(duì)象的主要參數(shù)，不受外界條件的限制；相似材料模擬試驗(yàn)可突出所研究問(wèn)題的主要矛盾，以便于發(fā)現(xiàn)并把握研究對(duì)象的本質(zhì)特征和內(nèi)在聯(lián)系；相似材料模型容易制作，與原型試驗(yàn)相比，具有節(jié)省人力、物力、財(cái)力和時(shí)間的優(yōu)勢(shì)；相似材料模擬可預(yù)測(cè)對(duì)原型不可能直接測(cè)試和不可能分析的性能、相似材料模擬試驗(yàn)可以和數(shù)值模擬結(jié)合起來(lái)檢驗(yàn)原型所得結(jié)論的正確性。
[0004]相似模擬試驗(yàn)是以相似理論、因次分析作為依據(jù)的試驗(yàn)研究方法，相比于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)更適用于礦山領(lǐng)域巖體突水的模型試驗(yàn)研究。目前，文獻(xiàn)報(bào)道中相似材料模擬試驗(yàn)大多集中模擬煤層開(kāi)采過(guò)程中煤壁前方應(yīng)力分布，煤層開(kāi)采后工作面來(lái)壓規(guī)律以及頂板垮落形態(tài)和范圍，有少數(shù)文獻(xiàn)中可看到模擬底板突水的報(bào)道。傳統(tǒng)的相似材料模擬試驗(yàn)系統(tǒng)所能模擬的情況單一，是制約相似材料模擬試驗(yàn)廣泛應(yīng)用的于研究礦井災(zāi)害的主要原因。
[0005]為了解決上述問(wèn)題，提出了一種礦井災(zāi)害預(yù)防與控制模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，該相似材料模擬系統(tǒng)可以模擬煤礦頂板突水、底板突水、斷層突水、煤與瓦斯突出等礦井災(zāi)害，同時(shí)還可以模擬水平構(gòu)造應(yīng)力，使模擬條件跟接近現(xiàn)實(shí)煤層賦存條件，試驗(yàn)結(jié)果更可信準(zhǔn)確，提高了模擬試驗(yàn)的真實(shí)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的是為克服傳統(tǒng)相似材料模擬試驗(yàn)系統(tǒng)只能模擬煤層開(kāi)采過(guò)程中頂板垮落的范圍及形態(tài)，不能模擬突水及煤與瓦斯突出等礦井災(zāi)害，不能模擬構(gòu)造應(yīng)力的不足，提供一種可以模擬煤礦頂板突水、底板突水、斷層突水、煤與瓦斯突出等礦井災(zāi)害，同時(shí)還可以模擬水平構(gòu)造應(yīng)力的多功能相似材料模擬試驗(yàn)系統(tǒng)。
[0007]為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方法為:
[0008]—種礦井災(zāi)害預(yù)防與控制相似材料模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，包括試驗(yàn)架，其特征在于:該試驗(yàn)架頂部設(shè)置有縱向加載機(jī)構(gòu)，該縱向加載機(jī)構(gòu)上設(shè)置有水平布置的加載板，該試驗(yàn)架的左右兩側(cè)分別設(shè)置有橫向加載機(jī)構(gòu)，兩側(cè)的橫向加載機(jī)構(gòu)相向布置，橫向加載機(jī)構(gòu)設(shè)置有豎直布置的側(cè)板，兩側(cè)板分別壓在加載板的左右兩邊，該試驗(yàn)架的前后兩側(cè)分別設(shè)有透明材料制成的面板，加載板、兩個(gè)側(cè)板、兩個(gè)面板與試驗(yàn)架的底部形成用于放置試樣的容納空間；壓力囊布置在模擬煤層或模擬頂板或模擬底板中。
[0009]所述的一種礦井災(zāi)害預(yù)防與控制模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:上述加載板由滑動(dòng)塊、彈簧、連接塊組成，連接塊分別在滑動(dòng)塊上下兩個(gè)面連接相鄰的滑動(dòng)塊，兩個(gè)滑動(dòng)塊之間設(shè)置有彈簧。
[0010]所述的一種礦井災(zāi)害預(yù)防與控制模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:上述側(cè)板由多塊平整鋼板組成，每塊鋼板與一個(gè)側(cè)向千斤頂鉸接，側(cè)向千斤頂固定在兩側(cè)的框架上并且可以上下轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0011]所述的一種礦井災(zāi)害預(yù)防與控制模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:壓力囊由囊體、隔層、密封環(huán)、彈簧、突水管組成，隔層將囊體分為上下兩部分，突水管下端依次穿過(guò)彈簧和密封并且垂直于隔層安裝到壓力囊中，密封環(huán)密封隔層使水或氣僅存在于囊體的下部，壓力囊可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的具體情況調(diào)整安裝的方向和位置。
[0012]所述的一種礦井災(zāi)害預(yù)防與控制模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:模擬頂板突水、底板突水、斷層突水時(shí)壓力囊下部充有高壓有色水，模擬煤與瓦斯突出時(shí)壓力囊下部充有高壓有色氣。。
[0013]—種礦井災(zāi)害預(yù)防與控制相似材料模擬試驗(yàn)系統(tǒng)使用方法，其主要包括一下步驟:
[0014]A、根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料，查閱模型配比用料表，鋪設(shè)模型；
[0015]B、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)物理探測(cè)得到的數(shù)據(jù)，反演頂板水、底板水或瓦斯積聚存在的位置，依據(jù)比例在模型中確定壓力囊位置并埋設(shè)壓力囊；
[0016]C、在煤層頂?shù)装灏苍O(shè)傳感器，監(jiān)測(cè)煤層頂?shù)装鍛?yīng)力及位移變化，在壓力囊突水管出口處布置傳感器，監(jiān)測(cè)突水管出口處的應(yīng)力變化及出水量；
[0017]D、模型鋪設(shè)完成后，根據(jù)實(shí)際情況確定相應(yīng)位置側(cè)板對(duì)模型施加側(cè)向載荷，縱向加載機(jī)構(gòu)施加縱向應(yīng)力，同時(shí)向壓力囊內(nèi)填充水或氣，當(dāng)模擬突水時(shí)壓力囊內(nèi)填充水，當(dāng)模擬瓦斯突出時(shí)壓力囊中填充氣；
[0018]E、開(kāi)挖煤層同時(shí)收集數(shù)據(jù)，直至突水或煤與瓦斯突出。
[0019]有益效果:
[0020]根據(jù)上述技術(shù)方案，對(duì)比已有技術(shù)本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):可以模擬煤礦頂板關(guān)水、底板關(guān)水、斷層關(guān)水、煤與瓦斯關(guān)出等礦井災(zāi)害，冋時(shí)還可以t旲擬水平構(gòu)造應(yīng)力，使豐旲擬條件跟接近現(xiàn)實(shí)煤層賦存條件，試驗(yàn)結(jié)果更可信準(zhǔn)確，提高了模擬試驗(yàn)的真實(shí)性。
【附圖說(shuō)明】
[0021]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0022]圖1未鋪設(shè)模型時(shí)模擬試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2鋪設(shè)完成模型時(shí)模擬試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3水平加載板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4底部框架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖5壓力囊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖6模擬頂板突水結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖7模擬底板突水結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖8模擬煤與瓦斯突出結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖9模擬斷層突水結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ] 圖例說(shuō)明，1-液壓栗、2-截止閥、3-減壓閥、4-減壓閥、5-縱向加載千斤頂、6_水平加載板、6a-滑動(dòng)塊、6b-連接塊、6c-滑動(dòng)槽、6d-彈性壓縮機(jī)構(gòu)、6e_千斤頂滑動(dòng)槽、7_框架底板、8-框架底部支撐、9-框架底部空間、10-框架、11-側(cè)向加載板、12-側(cè)向加載千斤頂、13-壓力囊、13a-囊體、13b-隔層、13c-密封圈、13d_密封環(huán)、13e_彈簧、13f-突水管、14-高壓栗。
【具體實(shí)施方式】
[0032]本實(shí)用新型提供了一種礦井災(zāi)害預(yù)防與控制模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案以及優(yōu)點(diǎn)更清楚、明確，以下將結(jié)合附圖與實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0033]本實(shí)用新型提供了一種礦井災(zāi)害預(yù)防與控制模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，如圖1所示的，其包括試驗(yàn)架10，試驗(yàn)架10可以采用現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何技術(shù)形式，比如采用試驗(yàn)架的長(zhǎng)寬高均為2米，但不僅限于上述方式。
[0034]該試驗(yàn)架10頂部設(shè)置有縱向加載千斤頂5，縱向加載千斤頂5設(shè)置有水平布置的加載板6，縱向加載千斤頂5可以加載板6施加相同的縱向應(yīng)力，也可以施加不同的縱向應(yīng)力進(jìn)行剪切力測(cè)試。該試驗(yàn)架10的左右兩側(cè)分別設(shè)置有橫向加載千斤頂12，兩側(cè)的橫向加載千斤頂12相向布置，每個(gè)橫向加載千斤頂上設(shè)置有一豎直布置的側(cè)板11，側(cè)板11壓在加載板6的兩側(cè)，該試驗(yàn)架10的前后兩側(cè)分別設(shè)置有由高強(qiáng)度透明材料制成的面板，加載板6、兩組側(cè)板、兩個(gè)面板與試驗(yàn)架10的底板7形成用于放置試樣的容納空間，試樣采用地質(zhì)鉆孔資料，查閱模型配比用料表，鋪設(shè)模型，當(dāng)該縱向加載千斤頂5向試樣施加縱向應(yīng)力時(shí)，使試樣與框架底板7接觸更加緊密。
[0035]本實(shí)用新型還提供了一種模擬采動(dòng)煤層頂板突水、底板突水、斷層突水或煤與瓦斯突出的方法，其主要包括以下步驟:
[0036]A、根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料，查閱模型配比用料表，鋪設(shè)模型，如圖2所示；
[0037]B、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)物理探測(cè)得到的數(shù)據(jù)和所要模擬