[实用新型]一种相似材料立体模拟实验支架

说明书

本实用新型涉及一种岩体力学物理相似模拟实验支架，尤其涉及一种相似材料立体模拟实验支架。

现有的模拟实验支架采用平面或立体支架两种，平面支架厚度为20cm左右，只能模拟一个平面的力学特征，无法解决倾斜矿层取倾向剖面沿走向推进开采的模拟实验问题；一般的立体支架同样存在着许多缺点，它体积庞大、笨重，重量达10吨以上，特别是无法调整模型角度及调节工作而长度，而且只能模拟水平煤层的开采变形特征，无法获取矿山压力的力值。

为克服上述缺陷本实用新型的目的在于提供一种可调节模型角度和工作面长度，可模拟三维平面力学特征并可直接测得矿山压力值的相似材料立体模拟实验支架。它很好地解决了立体模型的倾斜矿层开采模拟问题，克服了平面模型取倾向剖面不能沿走向推进的局限性。

为达上述目的本实用新型是以如下技术方案实现的：它包括由水平槽钢和竖直槽钢组装的箱体、支撑箱体的支撑架以及位于箱体底部的底托板，所述箱体两端连接有轴，所述支撑架上固定有轴承座，箱体通过轴和轴承座可在支撑架上转动，支撑架上还设有固定箱体的限位孔；所述水平槽钢上开有可调节箱体长度的调节孔；所述底托板上开有等间距的平行槽，平行槽内设有许多金属片，金属片与测力装置连接。

上述测力装置包括与上述金属片连接的测力杆、与测力杆连接的测力传感器、固定测力传感器的底托架以及与测力传感器连接的数据采集仪，所述数据采集仪与计算机连接。

本实用新型与现有技术相比，通过增设轴和轴承座可使模型箱体转动以调整所需要的模拟角度；通过设置在箱体水平槽钢上的调节孔，移动箱体竖直槽钢的位置，使模拟工作面长度可调；也可通过增设测力装置，实时监测煤层开采的力学特征。经试验证明：本实用新型可模拟任意角度煤层开采过程，基本满足了现场实际各种工作面长度的要求，对矿山支护、内部岩层移动、三带分布特征，特别是对大倾角煤层的岩层运移提供可靠的实验数据。其模型的计算机采集系统，可实时监测顶板压力、煤层支撑压力的大小和变化，使实验实现定量化。另外，本实用新型还可模拟隧道、边坡滑移、硐室的稳定性等立体模拟实验，所测得的数据与实际更为接近，因此本实用新型具有测量精度高、适用范围广的特点。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明：

图1为本实用新型结构主视图；

图2为图1的侧视图；

图3为图1的俯视图。

参看附图：本实用新型由箱体1、支撑箱体1的支撑架3以及测力装置组成，其自重1．6吨。测力装置包括测力杆4、测力传感器5、固定测力传感器5的底托架8以及数据采集仪7，数据采集仪7与计算机连接。

参看图2、3：箱体1由水平槽钢12和竖直槽钢13组装而成，其体积尺寸为：长×宽×高=(0．8-1．4)×1．5×2．0(单位：米)，箱体1两端连接有轴2，支撑架3上固定有轴承座11，箱体1通过轴2和轴承座11可在支撑架3上转动，旋转角度0-90。同时箱体1底部还设有底托板9，其上开有等间距的平行槽10，平行槽10内设有许多承载力强、受力均匀的金属小铁片，其面积为10×20mm，数量大约1000片。每块小铁片与一测力杆4连接，每根测力杆4又与一测力传感器5连接，测力传感器5固定在底托架8上，底托架8可调整角度及测力杆4长度，使测力传感器5始终与测力杆4垂直。测力传感器5还与数据采集仪7连接，数据采集仪7连接到计算机上。这里测力杆4为直径4毫米的钢筋，测力传感器5为测力环。

参看图2：支撑架3由水平支架和支撑腿组成，其支撑腿为六条，每条腿底部均装有地脚螺丝，水平支架上设有一排固定箱体1的限位孔6。

参看图3：水平槽钢12长度140厘米，其上开有可调节箱体1长度的调节孔14，调节孔6从水平槽钢12的80厘米处依次设有3个，其间距为20厘米。通过移动箱体1竖直槽钢13固定在不同调节孔14中的位置，实现矿层工作面长度可调。

使用时将底托板9定位到需要的角度，用槽钢加紧锁住，然后转动箱体1，使底托板9与水平夹角为0，在合适的限位孔6上叉定位销。为防止模型中心偏移，支撑架3采用25#槽钢焊接，六条腿底部均装有地脚螺丝固定。箱体1主体为12#槽钢组装，四周用10毫米有机玻璃挡住，可直接观察模型变形情况。模型中的矿层可用PVC材料代替，岩层材料用传统的相似材料。安装模型前必须按要求预埋全部小铁片，小铁片的上部放置PVC条，即表示矿层或煤层。

当模型开采时，沿倾斜方向抽走PVC条后，相当于工作面沿矿层或煤层走向推进“一刀”，小铁片的宽度与抽条宽度相同，可送入矿层或煤层的直接顶上，把直接顶上的压力通过钢筋4传递到测力环5，再测出相应的变化量。随着开挖---支护---回柱---开挖的过程不断重复，可测量出一系列应力变化情况，可作出模型中各点应力变化曲线，分析出来压周期、来压步距等一系列数据。另外还可测量地表下沉量、地表沉陷形状及模型内部岩层的下沉量。经实验证明本实用新型很好地解决了倾斜矿层取倾向剖面不能沿走向推进的开采模拟问题，在实际工作中得到了良好的应用。