[发明专利]三向加载三维相似模拟试验开挖系统用开挖装置

说明书

本发明公开了一种三向加载三维相似模拟试验开挖系统用开挖装置，包括设在长条形开挖机架上的可往返移动的开挖头，开挖头设有用于对试件形成旋转切割的切割刀盘，切割刀盘悬伸在开挖机架前端，切割刀盘的下母线位于开挖机架的底平面内，切割刀盘的上母线不低于开挖机架的顶面，开挖机架两端设有开挖头位置检测的位置检测装置。优选，开挖头上固定连接集尘罩，集尘罩位于所述切割刀盘切割行进方向的后侧，集尘罩用于通过集尘管道与工业吸尘器连接。本发明的有益效果是，开挖系统结构简单，且能够方便、可靠的应用于三向加载条件下地下空间模拟开挖试验，以使试验过程及效果直观、也更接近于现场。

技术领域

本发明涉及一种矿岩模拟开挖技术，特别是涉及一种三向加载三维相似模拟试验开挖系统用开挖装置。

背景技术

相似模拟试验是以相似理论、因次分析为理论依据的实验室研究方法，可有效解决地下空间开发活动中矿山压力、围岩变形与移动规律、覆岩破断等研究课题。以其实验效果直观的优点而广泛应用于水利、采矿、铁路等部门。尽管相似模拟实验在工程研究领的应用广泛，然而，在众多矿山压力、覆岩移动破断规律方面的模拟试验多集中在平面模型，这与现场岩层所处的三向应力状态有一定差异。

矿层开采过程中，上覆岩层的破断及其应力分布是一个动态变化的过程，随着工作面的推进，工作面前方发生应力重新分布。在此过程中，围岩产生变形、移动、破坏，覆岩峰值应力也会随工作面推进向前转移，直至达到新的应力平衡。随着社会的发展及科技的进步，人类对地下空间的开发利用需求越来越大，然而，地下空间开发过程较地面建造更加复杂，受地质条件影响大。因此，有必要借助三维相似模拟试验研究和发展针对巷道快速掘进与支护技术。

现有的三维相似模拟试验系统在一定程度上促进了地下开挖工程的研究，但仍然存在不足之处，最主要的缺点就是不能在试验过程中对矿层进行大面积的机械化、可视化开采。例如，专利“ZL 201210376520.3三向加载大型三维相似模拟试验系统”公开了一种三向加载大型三维相似模拟试验系统，可实现三向不等压加载，同时可以进行如矿山采场、水电硐室、岩盐储气库等大尺度空间开挖模拟试验。该试验装备的研制已取得一定突破，然而，为实现试验过程中实时、可视化空间的机械化开挖就需要一种与之相适应的开挖系统，而构成系统的关键之一是需要一种可实现机械开挖的开挖装置。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种三向加载三维相似模拟试验开挖系统用开挖装置，该装置通过往复移动的旋转切割刀盘，可方便、可靠的应用于三向加载条件下地下空间模拟机械化开挖试验，以使试验过程及效果直观、更接近于机械化开采的现场。为研究三向加载条件下覆岩应力分布、破断、采场围岩随采场推进过程中应力的动态变化等过程提供了便利。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种三向加载三维相似模拟试验开挖系统用开挖装置，包括设在长条形开挖机架上的可往返移动的开挖头，开挖头设有用于对试件形成旋转切割的切割刀盘，切割刀盘悬伸在开挖机架前端，切割刀盘的下母线位于开挖机架的底平面内，切割刀盘的上母线不低于开挖机架的顶面，开挖机架两端设有开挖头位置检测的位置检测装置。

采用前述技术方案的本发明的系统，用于与支护系统、排渣系统连接形成机械化的开挖系统，在将系统设置于试验箱内模拟试件的初采工作面内，开挖头对模拟岩层进行沿工作面长度方向的移动式切割，适用于在三向加载试验条件下的模拟开采，以获得三向加载条件下模拟开采的试验数据，在系统上设置摄像头即可方便的实现可视化的机械化开挖。使用时，只需对现有实现三向加载试验系统的试验箱进行相应改造后即可。其结构简单，使用方便。在切割过程中，切割刀盘一次进刀形成切割进程完成工作面岩壁整个高度方向的切割，岩壁切割后的底面形成初采工作面底面的延伸，顶面形成工作面顶面的延伸，开挖系统顶面位于工作面顶面下方，以确保开挖系统的顺利推进。其中，位置检测装置用于通过控制系统实现开挖头的极限位置和往返控制。