[发明专利]一种大型巷道支护实验室模拟系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿巷道支护技术领域，具体涉及一种大型巷道支护实验室模拟系统及方法。

背景技术

我国许多矿井的开采深度已超过800米，在大采深条件下，巷道围岩的应力状态已接近岩石强度极限，巷道稳定性差，很容易因掘进和开采扰动作用下而产生大的变形，研究巷道在扰动作用下的流变力学特性，建立巷道扰动理论，对深井软岩支护具有重要的工程实用价值。由于煤矿巷道深埋地下的原因导致现场试验无法进行，实验室内模拟系统可以通过对各种工程的模拟和试验观察，来研究工程围岩的变形、移动和破坏等现象，分析支护方案对巷道的作用，从而对巷道支护提供试验依据。

现有巷道支护模拟实验台，主要存在以下局限性，一是模型主要以平面应变模型为主，而不能研究三维应力均发生变化的研究对象；二是模型比例较小，这使得研究大比例巷道试验无法实现；三是模型不能研究巷道支护形式与支护参数等实验进行研究；四是模型只能分开研究巷道的顶板、底板和两帮进行研究，不能对巷道整体的支护进行实验研究；五是模型不能模拟巷道扰动的影响，煤矿巷道受采动影响明显，现有试验台主要对模拟装置加载均布载荷，不能模拟冲击和爆破扰动对巷道的影响。因此急需应用相似模拟理论、矿山压力与控制、结构力学等相关学科知识，开发出一种三维立体式大型巷道支护实验室模拟系统及方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、实现方便且成本低、使用操作简单、实验效率高、能够真实地模拟出煤矿井下巷道支护的情况的大型巷道支护实验室模拟系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种大型巷道支护实验室模拟系统，其特征在于：包括大型巷道支护模拟系统、加压传力系统和支护数据采集系统，

所述大型巷道支护模拟系统由大型巷道外形模拟机构和支护模拟机构组成，所述大型巷道外形模拟机构包括横截面为回字形的巷道模型箱和套装在巷道模型箱中间通道内的横截面为方形的橡胶圈，所述巷道模型箱内部填充有压实的用于模拟巷道围岩的相似模拟材料；所述支护模拟机构包括用于卡合连接在橡胶圈内部侧壁上和顶面上的方形钢网，以及用于固定连接在橡胶圈内部侧壁上、顶面上和底面上的多块矩形钢板，每块所述矩形钢板上均设置有多个用于安装锚杆的锚杆孔；

所述加压传力系统包括底座、侧向加压传力机构和轴向加压传力机构，以及用于为侧向加压传力机构加载侧压提供动力的侧压动力系统和用于为轴向加压传力机构加载轴压提供动力的轴压动力系统；所述侧向加压传力机构包括设置在底座上且位于巷道模型箱左侧的左立柱和位于巷道模型箱右侧的右立柱，所述左立柱紧贴巷道模型箱设置，位于所述右立柱与巷道模型箱之间的底座上设置有紧贴右立柱的侧向反力架，位于侧向反力架与巷道模型箱之间的底座上设置有紧贴侧向反力架和巷道模型箱的液压钢枕；所述轴向加压传力机构包括安装在左立柱和右立柱顶部的轴向反力架，以及均匀吊装在轴向反力架底部的四个液压千斤顶、安装在巷道模型箱顶部的传力板和安装在传力板顶部的垫板，所述垫板顶部安装有四个分别对应位于四个液压千斤顶正下方的传力座；所述侧压动力系统包括第一液压油箱和一端与第一液压油箱连接的液压钢枕进油管，所述液压钢枕进油管的另一端与液压钢枕的油口连接，所述液压钢枕进油管上从连接第一液压油箱到液压钢枕的油口的方向依次连接有第一双向油泵、第一换向阀和第一压力计，位于第一换向阀和第一压力计之间的一段液压钢枕进油管上连接有接入第一液压油箱的第一溢流管，所述第一溢流管上连接有第一溢流阀；所述轴压动力系统包括第二液压油箱和一端与第二液压油箱连接的液压千斤顶进油总管，所述液压千斤顶进油总管的另一端通过第一同步阀连接有第一液压千斤顶进油支管和第二液压千斤顶进油支管，所述第一液压千斤顶进油支管上通过第二同步阀连接有两条第二液压千斤顶进油分管，所述第二液压千斤顶进油支管上通过第三同步阀连接有两条第二液压千斤顶进油分管，四条第二液压千斤顶进油分管分别对应与四个液压千斤顶的油口连接，所述液压千斤顶进油总管上从连接第二液压油箱到第一同步阀的方向依次连接有第二双向油泵、第二换向阀和第二压力计，位于第二换向阀和第二压力计之间的一段液压千斤顶进油总管上连接有接入第二液压油箱的第二溢流管，所述第二溢流管上连接有第二溢流阀；