[发明专利]煤矿地下水库坝体嵌套式多耦合模型试验系统及试验方法

说明书

本发明涉及一种煤矿地下水库坝体嵌套式多耦合模型试验系统及试验方法，该模型试验系统包括模型试验架和水库压力模拟装置，模型试验架为包括外框架和内框架的嵌套式结构，外框架底梁安装有底部振动油缸；内框架顶梁安装有顶部静载油缸和顶部振动油缸；内框架立柱的内侧安装有侧压油缸；内框架能够在所述底部振动油缸的作用下相对外框架在外框架内部整体上下振动；水库压力模拟装置用于模拟地下水库水压力情况。本发明能实现对煤矿地下水库坝体的动静压多载荷模拟；引入水库压力模拟装置，实现对煤矿地下水库坝体多载荷的多耦合模拟；装置容易操作、占用空间少、劳动强度低、经济性好，适宜在煤矿地下水库坝体的物理模型实验中推广应用。

技术领域

本发明涉及一种物理模型试验装置及方法，尤其涉及一种煤矿地下水库坝体嵌套式多耦合模型试验系统及试验方法。

背景技术

煤矿分布式地下水库可充分利用采空区空间储水，通过采空区矸石对水体的过滤净化，在我国神东地区已投入使用相当数量的煤矿地下分布式水库。与地面水库坝体相比，地下水库坝体受力复杂，不仅受到水压作用，还由于地下采动不同工况造成的围岩压力变化不同，对地下水库坝体造成相对复杂的压力情况。

以往人们为了研究地下水库相关应力研究，进行了一些相似材料试验模型试验，根据公开号CN105675840A的中国发明《动压巷道支护物理模型试验装置及方法》中提供的发明利用内、外框架相关装置及振动模拟来实现，其公开了一种动压巷道支护物理模型试验装置，所述物理实验装置包括内、外框架两个部分，以相似理论为基础的物理模型试验，本发明还公开了一种动压巷道支护物理模型试验装置及方法，能够相对简单的模拟，并定量研究采动压力与巷道变形破坏之间的联系。但是该实验装置并未设置有防水装置，不能提供水压力作用下的相关实验。另外公开号CN105675840A的中国发明也未涉及对侧压作用的模拟，这显然不符合地层应力分布和作用规律。

显然，现有技术尚存在诸多不足，不能满足模型试验的需求，有必要进行进一步的设计和改进。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的技术的不足，提供一种煤矿地下水库坝体嵌套式多耦合模型试验系统及模型试验方法，其在现有的模型试验系统上进一步改进，在定量地研究采动压力与模型巷道变形破坏之间关系的基础上，至少能够模拟地下水库水压力作用。装置容易操作、占用空间少、劳动强度低、经济性好，适宜在有关煤矿地下水库坝体的物理模型实验中推广应用。

本发明提供一种煤矿地下水库坝体嵌套式多耦合模型试验系统，包括模型试验架和水库压力模拟装置，模型试验架为包括外框架和内框架的嵌套式结构，其中：

所述外框架由外框架底梁、外框架顶梁以及外框架立柱构成框架结构；外框架底梁安装有底部振动油缸；

所述内框架由内框架底梁、内框架顶梁以及内框架立柱构成框架结构；内框架顶梁安装有顶部静载油缸和顶部振动油缸；内框架立柱的内侧安装有侧压油缸，用于模拟地层侧向压力；所述内框架能够在所述底部振动油缸的作用下相对所述外框架在外框架内部整体上下振动；

所述内框架内部设置有前挡板和后挡板，前挡板和后挡板的两端固定于内框架立柱上，在前挡板和后挡板之间形成试验材料的填筑空间；

所述后挡板上的地下水库区域开设有进水孔，所述水库压力模拟装置通过进水导管连接于所述进水孔，用于向地下水库施加水压力作用，模拟地下水库水压力情况；

所述水库压力模拟装置包括伺服电机、连杆和缸体，缸体内设有活塞，伺服电机通过连杆与缸体内的活塞相连，缸体上开设有进出水孔，进出水孔连接所述进水导管。

作为一种改进，所述水库压力模拟装置还包括控制器与压力传感器，所述控制器连接伺服电机和压力传感器，所述压力传感器的另一端连接所述进水导管。

作为一种改进，所述后挡板上还开设有排气孔。