一种适于矿井巷道底鼓模拟的试验台架

1.一种适于矿井巷道底鼓模拟的试验台架，包括底座(1)及设于底座(1)上方的矩形框架(2)，该矩形框架(2)由上框架(3)、下框架(4)、前框架(5)、三个侧框架(6)组成，所述上框架(3)及侧框架(6)外部均设有若干加载机构，其特征在于，
所述上框架(3)及侧框架(6)分别设有若干大行程加载装置(7)，该大行程加载装置(7)包括：与加载机构连接、通过导轨安装块(71)插设于上框架(3)及侧框架(6)的行程调节丝杆(72)，固定设于行程调节丝杆(72)端部、位于上框架(3)及侧框架(6)内壁的围护板(73)，所述大行程加载机构沿导轨安装块(71)于上框架(3)及侧框架(6)上移动；位于上框架(3)的每个围护板(73)表面形成上加载面(74)，位于侧框架(6)每个围护板(73)表面形成侧加载面(75)；
所述下框架(4)内壁开设有槽(41)，该槽(41)内均匀设有载荷模拟装置(42)，该载荷模拟装置(42)包括：水平设于槽(41)内的若干承载板(43)、连接承载板(43)与下框架(4)的弹簧(44)，所述每个承载板(43)的表面形成承载面(45)。
2.根据权利要求1所述的一种适于矿井巷道底鼓模拟的试验台架，其特征在于，所述加载机构为液压站。
3.根据权利要求2所述的一种适于矿井巷道底鼓模拟的试验台架，其特征在于，所述行程调节丝杆(72)设有第一注液孔(76)，该第一注液孔(76)与液压站通过液压管路连通；
所述围护板(73)上设有与第一注液孔(76)连通的第二注液孔(77)，且该围护板(73)远离矩形框架(2)侧壁的一端开设有容纳空间(78)，该容纳空间(78)内设有与第二注液孔(77)连通的加载囊袋(79)，位于上框架(3)的每个加载囊袋(79)表面形成上加载面(74)，位于侧框架(6)每个加载囊袋(79)的表面形成侧加载面(75)。
4.根据权利要求1所述的一种适于矿井巷道底鼓模拟的试验台架，其特征在于，所述上框架(3)、侧框架(6)上分别设有16个大行程加载装置(7)，该16个大行程加载装置(7)排成4*4矩阵。
5.根据权利要求1所述的一种适于矿井巷道底鼓模拟的试验台架，其特征在于，所述下框架(4)上设有63个载荷模拟装置(42)，该63个载荷模拟装置(42)排列成9*7矩阵。
6.根据权利要求3所述的一种适于矿井巷道底鼓模拟的试验台架，其特征在于，所述加载囊袋(79)的材质为柔性橡胶。

一种适于矿井巷道底鼓模拟的试验台架\n【技术领域】\n[0001] 本实用新型属于矿产能源及深部岩土工程试验测试技术领域，具体涉及一种适于矿井巷道底鼓模拟的试验台架，\n【背景技术】\n[0002] 在矿体没有开采之前，岩体处于平衡状态。当矿体开采后，形成了地下空间，破坏了岩体的原始应力场，引起岩体应力重新分布，并一直延续到岩体内形成新的平衡为止。在应力重新分布过程中，使围岩产生变形、移动、破坏，从而对工作面、巷道及围岩产生压力，在矿山压力的作用下会产生的一系列力学现象——矿压显现，如顶板下沉、底板鼓起、煤壁片帮、支架变形、岩层移动、煤的压出等。即使在矿业工程、岩石力学、计算机数值模拟科学迅速发展的今天，想从理论上完全了解相关规律仍是不可能的，因此，相似材料模拟试验成为采矿领域科学研究中不可替代的研究手段，在采矿领域的科学研究与生产实践中发挥着越来越重要的作用。相似材料模拟试验，是采用力学上相似于原型材料的人工材料，按一定比例建造一个相似于原型的力学结构系统，施以相似于原型的载荷和工程活动，借以研究原型的力学过程及其结果。实践证明，相似模拟技术在采矿、水工、岩土等工程领域已被大量应用，取得了丰硕成果，在实际工程中的成功应用充分证明了这种技术的实用性。然而，随着采矿和岩层控制技术的发展，相似模拟技术也在逐步完善中。随着开采涉及的地质条件越来越复杂，对相似模拟技术要求也越来越高。\n[0003] 现有技术中的相似模拟试验系统，虽在一定程度对地下开挖工程研究取得了进展，但目前仍存在如下不足：①立体模型无水平方向加力机构的情况下(现有的立体模型大多为这种情况)，只是通过水平向约束产生被动的支反力，导致水平应力受制于垂直载荷，不能实现人为单独调节，且在常规相似材料试验条件下，两个水平方向的应力相同，不能实现真正的三轴试验；②顶部用千斤顶压刚性板的加载方式，使得千斤顶压头处的受力大，而外缘受力小，加载不均，当加载面处的岩层出现弯曲下沉现象时，加载刚板不能随动，造成下沉位置处力加不上去，而下沉边缘产生应力集中，这是目前三维及平面物理模拟都存在的普遍问题；③模型地面都是采用位移约束的方式进行试验模拟，对于巷道底鼓类问题无法进行模拟。\n【实用新型内容】\n[0004] 本实用新型的目的在于提供一种适于矿井巷道底鼓模拟的试验台架，用于解决现有技术中，1、因无法实现人为单独调节，而不能实现真正的三轴试验的问题；2、因顶部加载不均，造成下沉位置处力加不上去，下沉边缘产生应力集中的问题；3、因模型底部采用位移约束的方式进行试验模拟，对于巷道底鼓类问题无法进行模拟的问题。\n[0005] 本实用新型是通过以下技术方案实现的，提供一种适于矿井巷道底鼓模拟的试验台架，包括底座及设于底座上方的矩形框架，该矩形框架由上框架、下框架、前框架、三个侧框架组成，所述上框架及侧框架外部均设有若干加载机构，\n[0006] 所述上框架及侧框架分别设有若干大行程加载装置，该大行程加载装置包括：与加载机构连接、通过导轨安装块插设于上框架及侧框架的行程调节丝杆，固定设于行程调节丝杆端部、位于上框架及侧框架内壁的围护板，所述大行程加载机构沿导轨安装块于上框架及侧框架上移动；位于上框架的每个围护板表面形成上加载面，位于侧框架每个围护板表面形成侧加载面；\n[0007] 所述下框架内壁开设有槽，该槽内均匀设有载荷模拟装置，该载荷模拟装置包括：\n水平设于槽内的若干承载板、连接承载板与下框架的弹簧，所述每个承载板的表面形成承载面。\n[0008] 特别的，所述加载机构为液压站。\n[0009] 特别的，所述行程调节丝杆设有第一注液孔，该第一注液孔与液压站通过液压管路连通；所述围护板上设有与第一注液孔连通的第二注液孔，且该围护板远离矩形框架侧壁的一端开设有容纳空间，该容纳空间内设有与第二注液孔连通的加载囊袋，位于上框架的每个加载囊袋表面形成上加载面，位于侧框架每个加载囊袋的表面形成侧加载面。\n[0010] 特别的，所述上框架、侧框架上分别设有个16大行程加载装置，该16个大行程加载装置排成4*4矩阵。\n[0011] 特别的，所述下框架上设有63个载荷模拟装置，该63个载荷模拟装置排列成9*7矩阵。\n[0012] 特别的，所述加载囊袋的材质为柔性橡胶。\n[0013] 相较于现有技术，本实用新型提供的一种适于矿井巷道底鼓模拟的试验台架，通过顶部及侧部若干大行程加载装置的设置，可以人为单独调节模拟矿体的受力情况，实现了真正的三轴试验，同时使得顶部加载更加均匀，解决了现有技术中因加载不均，造成下沉位置处力加不上去，下沉边缘产生应力集中的问题；底部载荷模拟装置的设置，用于对底板鼓起类试验进行模拟分析，有效克服了以往模型架中底部采用固定位移约束，无法有效模拟分析底板鼓起问题的规律及其机理问题。该试验台架可以较为真实模拟试验真三轴受力状态下的深部巷道、硐室围岩变形破坏情况，尤其适用于底板鼓起类试验模拟分析，同时对于以往试验台架可以实现的顶板冒落、两帮挤出及片状掉落等问题同样适用。\n【附图说明】\n[0014] 图1为本实用新型一种适于矿井巷道底鼓模拟的试验台架的一侧视图；\n[0015] 图2为本实用新型一种适于矿井巷道底鼓模拟的试验台架的另一侧视图；\n[0016] 图3为本实用新型一种适于矿井巷道底鼓模拟的试验台架中大行程加载装置的结构示意放大图；\n[0017] 图4为本实用新型一种适于矿井巷道底鼓模拟的试验台架中下框架的结构示意放大图；\n【具体实施方式】\n[0018] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进一步详细说明。\n[0019] 请参阅图1-图4，本实用新型提供一种适于矿井巷道底鼓模拟的试验台架，包括底座1及设于底座1上方的矩形框架2，该矩形框架2由上框架3、下框架4、前框架5、三个侧框架6组成，所述上框架3及侧框架6外部均设有若干加载机构；\n[0020] 所述上框架3及侧框架6分别设有若干大行程加载装置7，该大行程加载装置7包括：与加载机构连接、通过导轨安装块71插设于上框架3及侧框架6的行程调节丝杆72，固定设于行程调节丝杆72端部、位于上框架3及侧框架6内壁的围护板73，所述大行程加载机构沿导轨安装块71于上框架3及侧框架6上移动；位于上框架3的每个围护板73表面形成上加载面74，位于侧框架6每个围护板73表面形成侧加载面75；所述行程调节丝杆\n72的设置，用于解决传统试验台架行程不足导致试验过程中由于试件变形太大而施加不上载荷的问题；\n[0021] 所述下框架4内壁开设有槽41，该槽41内均匀设有载荷模拟装置42，该载荷模拟装置42包括：水平设于槽41内的若干承载板43、连接承载板43与下框架4的弹簧44，所述每个承载板43的表面形成承载面45；载荷模拟装置42的主要作用是在实验过程中通过弹簧44反力的形式模拟底部均布载荷，从而为深部巷道、硐室的底部鼓出提供主要应力来源，实现本深部巷道、硐室的底部鼓起类试验的模拟分析。\n[0022] 特别的，所述加载机构为液压站，所述行程调节丝杆72设有第一注液孔76，该第一注液孔76与液压站通过液压管路连通；所述围护板73上设有与第一注液孔76连通的第二注液孔77，且该围护板73远离矩形框架2侧壁的一端开设有容纳空间78，该容纳空间\n78内设有与第二注液孔77连通的加载囊袋79，该加载囊袋79的材质为柔性橡胶，位于上框架3的每个加载囊袋79表面形成上加载面74，位于侧框架6每个加载囊袋79的表面形成侧加载面75；柔性加载囊袋79的设置，主要用于克服以往试验台架中刚性金属板加载受力不均、无法准确模拟材料内部均匀应力等缺陷。\n[0023] 特别的，所述上框架3、侧框架6上分别设有16个大行程加载装置7，该16个大行程加载装置7排成4*4矩阵。\n[0024] 特别的，所述下框架4上设有63个载荷模拟装置42，该63个载荷模拟装置42排列成9*7矩阵。\n[0025] 本实用新型提供的适于矿井巷道底鼓模拟的试验台架用于测试待测矿体试件在后续开挖及支护过程中的巷道及硐室周围变形、受力和破坏情况。其中矩形框架由型钢焊接而成，其主要作用在于给试验模型提供足够的反力，同时保持本身变形不能太大，设计计算与施工验收等均满足《钢结构设计规范》中的相关要求。\n[0026] 工作原理及工作过程：\n[0027] 打开前框架5，将加工好的待测矿体试件从放入矩形框架2中进行模拟实验测试，之后在待测矿体试件中挖出巷道，即可进行矿井巷道底鼓模拟实验测试。\n[0028] 1、通过在底部(即下框架4)施加一定反力，每个承载板43在其相对应弹簧44的作用下，实现移动，可有效模拟实验过程中巷道底板破坏情况，解决了现有技术中因承载板固定设置，而无法进行巷道底板受力和破坏模拟的问题；\n[0029] 2、通过侧向和顶部及后部(即上框架3及侧框架6)的大行程加载装置7，实现较为真实的受力环境，同时满足整个实验过程的变形和破坏模拟需要的大位移需求。于使用时，液压站中的液体通过液压管路沿第一注液孔76、第二注液孔77进入加载囊袋79，克服了以往试验台架中刚性金属板加载受力不均、无法准确模拟材料内部均匀应力的缺陷。\n[0030] 应当理解的是，于本领域的技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。