[发明专利]一种模拟巷道开挖诱发围岩分区破裂化的装置及方法

权利要求书

1.一种模拟巷道开挖诱发围岩分区破裂化的装置，其特征在于：该装置由巷道开挖系统、围岩侧压加载系统和光学观测系统组成；巷道开挖系统由预先充填于巷道内的散体、含孔洞的推进头、立柱、活塞、液压缸缸体、开停阀、节流阀、手动换向阀、溢流阀、液压泵、液压管线、油箱、过滤器、透明平板和可伸缩套管组成；巷道开挖系统的连接关系是：过滤器与液压泵相连通，液压泵分别与溢流阀和开停阀相连通，开停阀与节流阀相连通，节流阀与手动换向阀相连通，手动换向阀与液压缸相连通，过滤器、溢流阀和手动换向阀分别与油箱相连通，液压缸缸体被固定在垫箱的凹陷的平台上，可伸缩套管的最内侧套管被固定在推进头的侧向上，可伸缩套管的最外侧套管固定在垫箱上，巷道开挖系统的推进头最初被设置在巷道的下方，起到封堵巷道围岩模型下端面上孔洞的作用。

2.根据权利要求1所述的模拟巷道开挖诱发围岩分区破裂化的装置，其特征在于所述围岩侧压加载系统由侧囊、侧压加载板、气压调压阀、气压减压阀、六通阀门、气压管线、气压加载气瓶、顶盖、外壳、气压压力表和垫箱组成；当要求巷道围岩模型受到的两个侧向应力不同时，侧囊采用平面形，数量为3个；当要求巷道围岩模型受到的两个侧向压力相同时，可以采用3个平面形侧囊，也可采用1个半圆弧形侧囊；所述侧压加载板及各侧囊均设置在垫箱凸起的平台上，垫板设置在巷道围岩模型的上表面上，垂直应力加载垫块设置在垫板的上方；垫板的前表面、巷道围岩模型的前表面、可伸缩套管的前表面、外壳的前表面与透明平板的后表面贴合。

3.根据权利要求2所述的模拟巷道开挖诱发围岩分区破裂化的装置，其特征在于所述围岩侧压加载系统的连接关系是：对左、右两侧囊充气的气瓶与第一气压减压阀相连通，第一气压减压阀与第一气压调压阀相连通，第一气压调压阀与第一六通阀门和第一气压压力表相连通，第一六通阀门与两个支路相连通，每个支路与左、右两侧囊中的一个相连通；对后方侧囊充气的气瓶与第二气压减压阀相连通，第二气压减压阀与第二气压调压阀相连通，第二气压调压阀与第二六通阀门和第二气压压力表相连通，第二六通阀门与后方侧囊相连通；各侧囊均设置于外壳与巷道围岩模型之间，各侧囊充气后，对巷道围岩模型施加侧压；侧囊设置在外壳与巷道围岩模型之间，侧囊与巷道围岩模型之间设置有侧压加载板。

4.根据权利要求1所述的模拟巷道开挖诱发围岩分区破裂化的装置，其特征在于所述光学观测系统由拍摄设备、三角架、照明光源、计算机、数字图像相关方法程序或软件组成；拍摄设备固定在三角架平台上，拍摄设备及三角架设置在巷道围岩模型的正前方；所述巷道围岩模型的轴线方向与水平面垂直；所述拍摄设备的镜头的轴线方向与巷道围岩模型的轴线方向垂直。

5.根据权利要求1所述的模拟巷道开挖诱发围岩分区破裂化的装置，其特征在于所述推进头上设置有贯通孔，贯通孔的形状、数量和尺寸决定了散体下落的速度，推进头匀速向上推进的速度应与此速度相适应；推进头侧向的可伸缩套管的作用体现在以下3点：（1）为立柱和推进头的上升提供空间；（2）为散体的下落提供通道；（3）对巷道围岩起到支护作用。

6.根据权利要求1所述的模拟巷道开挖诱发围岩分区破裂化的装置，其特征在于所述透明平板的高度与巷道围岩模型的高度相适应，其作用体现在以下3点：（1）保证过巷道轴线的平面处于平面应力状态；（2）限制充填于巷道内部的散体溢出；（3）便于光学观测。

7.根据权利要求1所述的模拟巷道开挖诱发围岩分区破裂化的装置，其特征在于所述可伸缩套管的最大伸长量取决于其级数和每级的长度，可根据开挖巷道的长度决定，随着立柱和推进头的上升，套管逐渐伸长，套管可对巷道围岩起到支护作用。