一種用于三維模擬巷道圍巖破裂的試驗系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明一種用于三維模擬巷道圍巖破裂的試驗系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]地下工程巷道開挖后，圍巖從周邊開始變形破壞，逐步形成完全破壞區(qū)、裂隙發(fā)育區(qū)、彈塑性變形區(qū)和原巖應力區(qū)四個區(qū)域。研究巷道圍巖破裂方式成為選擇合適的支護形式和支護參數(shù)的關鍵。針對上述問題，至今我國的研究機理理論較為多樣，利用數(shù)值模擬軟件和物理模擬不斷研究深入，已取得一定的成果。以往對巷道圍巖破裂的模擬一般采用二維模擬試驗臺，少數(shù)的利用大尺寸的三維模擬實驗臺進行模擬，這種方法存在以下的不足:二維模擬巷道破裂僅研究某一斷面的破壞，大尺寸的三維模擬實驗臺鋪設困難且圍巖應力條件與實際不符，難以模擬現(xiàn)實的條件。因此，小型化、可視化、真實條件模擬成為亟需解決的問題。

【發(fā)明內容】

[0003]鑒于上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于三維模擬巷道圍巖破裂的試驗系統(tǒng)及方法，以實現(xiàn)小型化、可視化、真實條件下模擬三維巷道圍巖破裂的目的。
[0004]為解決上述技術問題，本發(fā)明方案包括:
[0005]—種用于三維模擬巷道圍巖破裂的試驗系統(tǒng)，其包括由鋼架形成的試驗臺，其中，試驗臺上均勻布置有多個環(huán)形加載氣囊，多個環(huán)形加載氣囊相依次連接形成圓形通道，圓形通道內鋪設有由相似材料形成的模擬巖層，模擬巖層內設置有多個傳感器，圓形通道的兩端分別設置有有機鋼化玻璃，其中一個有機鋼化玻璃上開設有兼作巷道的掘進口，每個環(huán)形加載氣囊上均設置有進氣管路與出氣管路，進氣管路與氣壓加載裝置的注氣口相連通，出氣管路與氣壓加載裝置的回氣口相連通。
[0006]所述的試驗系統(tǒng)，其中，試驗系統(tǒng)配置有一控制中心，控制中心用于控制試驗系統(tǒng)的運行狀態(tài);上述氣壓加載裝置、多個傳感器均與控制中心線路連接。
[0007]所述的試驗系統(tǒng)，其中，上述傳感器包括壓力傳感器、距離傳感器、溫度傳感器與濕度傳感器。
[0008]所述的試驗系統(tǒng)，其中，上述氣壓加載裝置包括柱塞栗、壓力控制模塊和安全閥，柱塞栗通過所述壓力控制模塊連接注氣口，用于向對應環(huán)形加載氣囊中注氣，安全閥連接在所述柱塞栗上，當注氣壓力超過柱塞栗的額定壓力時放氣卸壓。
[0009]—種使用所述試驗系統(tǒng)的方法，其包括以下步驟:
[0010]依據(jù)實驗研究要求及實際地質條件，在圓形通道內鋪設相應的模擬巖層，并且在模擬巖層內鋪設相應傳感器，形成模擬巖層模型;模擬巖層模型靜置24小時后，通過氣壓加載裝置對不同位置的環(huán)形加載氣囊進行加載，并通過掘進口開挖巷道，同步的通過控制中心收集對應參數(shù)數(shù)據(jù)，直至開挖結束。
[0011]本發(fā)明提供的一種用于三維模擬巷道圍巖破裂的試驗系統(tǒng)及方法，利用環(huán)形加載氣囊三維模擬巷道圍巖的實際受力情況，透過有機玻璃直觀巷道圍巖變形情況，試驗系統(tǒng)操作簡便，提高了模擬的真實性，從而獲取真實數(shù)據(jù)，還原煤礦真實開采，具有結構簡單、操作方便等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明中試驗系統(tǒng)的結構示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明中環(huán)形加載氣囊的斷面結構示意圖；
[0014]圖3為本發(fā)明中環(huán)形加載氣囊的側面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明提供了一種用于三維模擬巷道圍巖破裂的試驗系統(tǒng)及方法，為使本發(fā)明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0016]本發(fā)明提供了一種用于三維模擬巷道圍巖破裂的試驗系統(tǒng)。如圖1、圖2與圖3所示的，其包括由鋼架形成的試驗臺I，其中，試驗臺I上均勻布置有多個環(huán)形加載氣囊2，多個環(huán)形加載氣囊2相依次連接形成圓形通道，圓形通道內鋪設有由相似材料形成的模擬巖層3，模擬巖層3內設置有多個傳感器，圓形通道的兩端分別設置有有機鋼化玻璃4，其中一個有機鋼化玻璃4上開設有兼作巷道的掘進口 5，每個環(huán)形加載氣囊2上均設置有進氣管路6與出氣管路7，進氣管路6與氣壓加載裝置8的注氣口相連通，出氣管路7與氣壓加載裝置8的回氣口相連通，進氣管路6、出氣管路7分別與環(huán)形加載氣囊2、氣壓加載裝置8的連接處可以設置密封圈10，用于保證連接處的密封性。通過氣壓加載裝置8向對應環(huán)形加載氣囊2內打入相應壓力的氣體，模擬巷道圍巖的壓力，并且通過有機鋼化玻璃4作為可視窗口，觀察模擬巖層3的破碎情況。
[0017]更進一步的，試驗系統(tǒng)配置有一控制中心9，控制中心9可以采用電腦、控制柜、數(shù)據(jù)控制器等技術方式?？刂浦行?用于控制試驗系統(tǒng)的運行狀態(tài);上述氣壓加載裝置8、多個傳感器均與控制中心9線路連接。而且上述傳感器包括壓力傳感器、距離傳感器、溫度傳感器與濕度傳感器。上述氣壓加載裝置8包括柱塞栗、壓力控制模塊和安全閥，柱塞栗通過所述壓力控制模塊連接注氣口，用于向對應環(huán)形加載氣囊中注氣，安全閥連接在所述柱塞栗上，當注氣壓力超過柱塞栗的額定壓力時放氣卸壓。
[0018]本發(fā)明還提供了一種使用所述試驗系統(tǒng)的方法，其包括以下步驟:
[0019]依據(jù)實驗研究要求及實際地質條件，在圓形通道內鋪設相應的模擬巖層5，并且在模擬巖層5內鋪設相應傳感器，形成模擬巖層模型;模擬巖層模型靜置24小時后，通過氣壓加載裝置8對不同位置的環(huán)形加載氣囊2進行加載，并通過掘進口開挖巷道，同步的通過控制中心9收集對應參數(shù)數(shù)據(jù)，直至開挖結束。
[0020]當然，以上說明僅僅為本發(fā)明的較佳實施例，本發(fā)明并不限于列舉上述實施例，應當說明的是，任何熟悉本領域的技術人員在本說明書的教導下，所做出的所有等同替代、明顯變形形式，均落在本說明書的實質范圍之內，理應受到本發(fā)明的保護。
【主權項】
1.一種用于三維模擬巷道圍巖破裂的試驗系統(tǒng)，其包括由鋼架形成的試驗臺，其特征在于，試驗臺上均勻布置有多個環(huán)形加載氣囊，多個環(huán)形加載氣囊相依次連接形成圓形通道，圓形通道內鋪設有由相似材料形成的模擬巖層，模擬巖層內設置有多個傳感器，圓形通道的兩端分別設置有有機鋼化玻璃，其中一個有機鋼化玻璃上開設有兼作巷道的掘進口，每個環(huán)形加載氣囊上均設置有進氣管路與出氣管路，進氣管路與氣壓加載裝置的注氣口相連通，出氣管路與氣壓加載裝置的回氣口相連通。2.根據(jù)權利要求1所述的試驗系統(tǒng)，其特征在于，試驗系統(tǒng)配置有一控制中心，控制中心用于控制試驗系統(tǒng)的運行狀態(tài);上述氣壓加載裝置、多個傳感器均與控制中心線路連接。3.根據(jù)權利要求1所述的試驗系統(tǒng)，其特征在于，上述傳感器包括壓力傳感器、距離傳感器、溫度傳感器與濕度傳感器。4.根據(jù)權利要求1所述的試驗系統(tǒng)，其特征在于，上述氣壓加載裝置包括柱塞栗、壓力控制模塊和安全閥，柱塞栗通過所述壓力控制模塊連接注氣口，用于向對應環(huán)形加載氣囊中注氣，安全閥連接在所述柱塞栗上，當注氣壓力超過柱塞栗的額定壓力時放氣卸壓。5.—種使用如權利要求1所述試驗系統(tǒng)的方法，其包括以下步驟: 依據(jù)實驗研究要求及實際地質條件，在圓形通道內鋪設相應的模擬巖層，并且在模擬巖層內鋪設相應傳感器，形成模擬巖層模型;模擬巖層模型靜置24小時后，通過氣壓加載裝置對不同位置的環(huán)形加載氣囊進行加載，并通過掘進口開挖巷道，同步的通過控制中心收集對應參數(shù)數(shù)據(jù)，直至開挖結束。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于三維模擬巷道圍巖破裂的試驗系統(tǒng)，試驗臺上均勻布置有多個環(huán)形加載氣囊，多個環(huán)形加載氣囊相依次連接形成圓形通道，圓形通道內鋪設有由相似材料形成的模擬巖層，模擬巖層內設置有多個傳感器，圓形通道的兩端分別設置有有機鋼化玻璃，其中一個有機鋼化玻璃上開設有兼作巷道的掘進口，每個環(huán)形加載氣囊上均設置有進氣管路與出氣管路，進氣管路與氣壓加載裝置的注氣口相連通，出氣管路與氣壓加載裝置的回氣口相連通。利用環(huán)形加載氣囊三維模擬巷道圍巖的實際受力情況，透過有機玻璃直觀巷道圍巖變形情況，試驗系統(tǒng)操作簡便，提高了模擬的真實性，從而獲取真實數(shù)據(jù)，還原煤礦真實開采，具有結構簡單、操作方便等優(yōu)點。
【IPC分類】G01N3/12
【公開號】CN105547842
【申請?zhí)枴緾N201510889598
【發(fā)明人】王學武, 郭惟嘉, 張士川, 孫文斌, 張鑫, 王海龍, 李楊楊, 張保良, 江寧, 趙金海, 周少良, 陳明, 徐福通, 杜彥君, 張平平, 陳彥好, 王楓植, 仲秋
【申請人】山東科技大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月4日