[实用新型]一种矿山及地下工程巷道稳定性模拟试验装置

说明书

技术领域

    本实用新型属于巷道稳定性模拟试验装置技术领域。具体涉及一种矿山及地下工程巷道稳定性模拟试验装置。

背景技术

    经济社会的快速发展，使得矿产资源开采规模和强度不断增大，不少矿山已经由露天或者浅部开采逐步转为深部开采。随着开采深度的增加，矿山发生工程灾害的频率也在逐渐加大。较浅部巷道而言，深部巷道受“高温、高围压和高孔隙压力”的影响，呈现出围岩变形量加大、变形速度加快、翻修量增加和维护困难等特性。因此，开展深部高应力巷道稳定性研究尤为重要。

    在巷道稳定性研究中，相似模拟试验是一种直观、经济、便捷和有效的方法，它以材料、几何、力学等相似原理为依据，通过材料配比、模型制作、巷道开挖、实时监测等试验方案的设定，达到对工程实际的模拟。为研究高应力巷道受压、变形、破坏、支护等与其稳定性的相关关系，通常采用巷道稳定性模拟试验装置来模拟高应力巷道所处的环境。因此，相似模拟试验装置是高应力巷道稳定性研究的关键。

    目前，巷道稳定性相似模拟试验，大多是通过刚性约束，将三维加载转化为平面应力应变控制的方式进行的。已有模拟试验装置虽各有优点，但也存在如下缺陷：一是不能达到高应力巷道四周受压的现实模拟，所受压力方向无法改变；二是可加载压力大小有限，难以实现高应力模拟；三是巷道模型的浇筑和开挖过程，造成了应力的重新分布，改变了巷道初始受力状态。

发明内容

    本实用新型旨在克服已有技术的不足，目的是提供一种结构简单、成本低廉、符合实际和试验结果准确可靠的矿山及地下工程巷道稳定性模拟试验装置。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：所述模拟试验装置包括框架、加压圆筒、千斤顶、导柱和固定架。加压圆筒水平地安装在框架的中心位置处，加压圆筒的活动部分通过导柱和千斤顶与框架的一半活动连接，加压圆筒的固定部分通过固定架与框架的另一半固定连接。

框架包括2个竖直支架和4根水平梁，竖直支架呈矩形，4根水平梁的两端分别与2个竖直支架对应的四个角固定连接，每个竖直支架内侧对称地固定有0或4根斜梁，4根斜梁分别与竖直支架对应的立柱呈45°或30°夹角。

加压圆筒由活动部分与固定部分组成，活动部分与固定部分呈中心对称设置。活动部分由n个活动加压瓦片构成，固定部分由n个固定加压瓦片构成，n为2、或为3、或为4。

所述框架的一半由1根上横梁、2根上斜梁和1根立柱构成，或由1根上横梁和2根上斜梁构成，或由2根上斜梁构成，或由1根上横梁和1根立柱构成；所述框架的另一半由1根下横梁、2根下斜梁和另1根立柱构成，或由1根下横梁和2根下斜梁构成，或由2根下斜梁构成，或由1根下横梁和另1根立柱构成。

所述的活动加压瓦片的外壁为矩形平面，活动加压瓦片的内壁为圆弧面，所述圆弧面的横截面所对应的圆心角α为π/n，所述圆弧面的横截面所对应的半径R相等，活动加压瓦片的内壁设有橡胶垫；所述固定加压瓦片与所述活动加压瓦片的形状和结构相同。

所述导柱由导筒、导杆和弹簧组成；导筒的内径名义尺寸和导杆的外径名义尺寸相同，导杆的一端置入导筒内，导杆的另一端与导筒间装有弹簧；导柱的行程为8~12mm。

所述固定架由2根固定杆和2块条形固定片组成，条形固定片对称地固定在2根固定杆的两端。

所述活动部分通过导柱和千斤顶与框架的一半活动连接是指，活动加压瓦片通过2个导柱和1个千斤顶与框架中的上横梁、2根上斜梁和1根立柱对应连接，或与框架中的上横梁和2根上斜梁对应连接，或与框架中的2根上斜梁对应连接，或与框架中的上横梁和1根立柱对应连接；千斤顶位于2个导柱的中间位置处。

所述固定部分通过固定架与框架的另一半固定连接是指，固定加压瓦片(8)通过固定架与框架的下横梁、2根下斜梁和另1根立柱对应连接，或与框架的下横梁和2根下斜梁对应连接，或与框架的2根下斜梁对应连接、或与框架的下横梁和另1根立柱对应连接。

    由于采用上述技术方案，本实用新型与现有技术相比具有如下积极效果：

    本实用新型将加压圆筒水平地安装在框架的中心位置处，加压圆筒的活动部分通过导柱和千斤顶与框架的一半活动连接，加压圆筒的固定部分通过固定架与框架的另一半固定连接；故本装置结构简单和成本低廉。

    本实用新型不仅用于相似模拟试验，且用于模拟试件的浇筑，最大限度的减小了模拟试件初始应力状态的改变，更加接近现实；本实用新型不仅易于模拟试件的制作，而且试验结果符合实际和准确可靠。