三向加载三维相似模拟试验开挖系统用支护系统技术方案

本发明专利技术公开了一种三向加载三维相似模拟试验开挖系统用支护系统，由多个并列设置的支护单元组成；支护单元包括L形支护底座、竖直顶升板和水平顶推板；支护底座和竖直顶升板通过设在支护底座的L形水平段上的薄型顶升油缸或顶升气缸形成竖向顶升结构；支护底座和水平顶推板通过设在L形竖直段外侧面上，且呈水平设置的薄型顶推油缸或顶推气缸形成水平推拉结构，顶推油缸或顶推气缸设在支护底座位于顶升油缸或顶升气缸前方。本发明专利技术的有益效果是，支护系统结构简单、布局紧凑，与开挖系统连接后可方便、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。

Three dimensional loading similar simulation test of excavation system with support system

The invention discloses a three loading 3D simulation test system for excavation support system, composed of a plurality of juxtaposed supporting units; the supporting unit comprises a L shaped supporting base, vertical lifting plate and a horizontal pushing plate; the supporting base and the vertical lifting plate through a thin support the base of the L shape horizontal section of the lifting cylinder or lifting cylinder to form a vertical lifting structure; the supporting base and the horizontal pushing plate through a L shaped vertical section on the outer surface, and a thin level set top oil cylinder or pushing cylinder to form a horizontal sliding structure, pushing cylinder or push the cylinder in the supporting base is located in the lifting cylinder or lifting cylinder ahead. The invention has the advantages that the support system has the advantages of simple structure, compact layout, application and connection after excavation system can be convenient and reliable in the three loading conditions to the underground space excavation simulation test, in order to make the test process and the visual effect is more close to the scene.

【技术实现步骤摘要】
三向加载三维相似模拟试验开挖系统用支护系统
本专利技术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支护系统。
技术介绍
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。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的试验装备。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“ZL201210376520.3三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系统。为此，需要开发一种结构简单、布局紧凑的支护系统，以适应模拟开挖对系统的空间要求。
技术实现思路
本专利技术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支护系统，该系统由多个并列设置的支护单元组成，支护单元通过L形支护底座的水平段和竖直段分别设置顶升油缸或顶升气缸，以及顶推油缸或顶推气缸，且油缸或气缸采用薄型结构，以形成布局紧凑的支护系统，以适应模拟开挖的空间要求，且其结构简单。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，本专利技术采用如下技术方案。一种三向加载三维相似模拟试验开挖系统用支护系统，由多个并列设置的支护单元组成；支护单元包括L形支护底座、竖直顶升板和水平顶推板；支护底座和竖直顶升板通过设在支护底座的L形水平段上的薄型顶升油缸或顶升气缸形成竖向顶升结构；支护底座和水平顶推板通过设在L形竖直段外侧面上，且呈水平设置的薄型顶推油缸或顶推气缸形成水平推拉结构，顶推油缸或顶推气缸设在支护底座位于顶升油缸或顶升气缸前方。采用前述技术方案的本专利技术的系统，用于通过水平顶推板与开挖系统连接后形成机械化开挖的系统，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。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，支护系统顶面位于工作面顶面下方，以确保支护系统的顺利推进。其中，支护系统由多个呈并列设置的支护单元组成，支护单元的竖向顶升结构用于形成支护单元的临时固定，支护单元的水平推拉结构用于推移开挖系统，以及形成支护单元随开挖系统的跟进。在推移开挖系统过程中，多个支护单元同时形成临时固定；在支护单元的跟进过程中，控制系统可按两种方式对支护单元进行控制，一是在开挖系统自身依靠摩擦阻力而不产生位置移动的条件下，所有支护单元同时跟进，以获得较高的开挖效率；另一种是为确保跟进时开挖系统位置稳定，由一部分支护单元保持临时固定状态，另一部跟进开挖系统，然后，再由已跟进的支护单元形成临时固定，完成剩余部分的支护单元跟进；最后，所有支护单元形成临时固定后，再进行下一个循环的开挖。由于支护单元通过L形支护底座的水平段和竖直段分别设置顶升油缸或顶升气缸，以及顶推油缸或顶推气缸。以方便通过液压动力或压缩空气动力，并利用控制系统形成自动控制，实现支护系统的自动固定和自动解除固定状态，进而实现开挖机架的固定，以及开挖机架推进的自动化，确保开挖顺利进行。另外，油缸或气缸采用薄型缸结构，以形成布局紧凑的支护系统，以适应模拟开挖的空间要求，且其结构简单。优选的，所述竖直顶升板上端连接有顶罩，顶罩呈开口朝下的矩形罩壳结构，用以从上方和两侧对顶升油缸或顶升气缸，以及顶推油缸或顶推气缸形成挡护。减少或避免油缸或气缸的密封部位侵入粉尘机率，降低油缸或气缸的故障率，提高其使用寿命。顶罩在支护系统跟进后，顶罩抵接在开挖机架后端面上，更利于形成对顶推油缸或顶推气缸的防护。同时，还可利用顶罩前端与开挖机架后端构成抵接关系，以形成支护单元跟进距离与开挖系统推进距离相等的控制。进一步优选的，所述顶罩后端固定连接有后挡板。以从后方形成对顶升油缸或顶升气缸的防护，进一步提高防护效果。优选的，所述竖直顶升板上固定连接有两个第一圆形导柱，第一圆形导柱滑动配合有第一导套，该第一导套嵌合在所述顶升油缸或顶升气缸的缸体上。竖直顶升板通过导柱和导套形成良好导向，确保竖直顶升板升降动作可靠、路径稳定。优选的，所述水平顶推板上固定连接有两个第二圆形导柱，第二圆形导柱滑动配合有第二导套，该第二导套嵌合在所述顶推油缸或顶推气缸的缸体上。水平顶推板通过导柱和导套形成良好导向，确保水平顶推板水平移动动作可靠、路径稳定，从而形成对开挖系统的可靠推进。本专利技术的有益效果是，支护系统结构简单、布局紧凑，与开挖系统连接后可方便、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。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术图1的右视图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明，但并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。参见图1、图2，一种三向加载三维相似模拟试验开挖系统用支护系统，由多个并列设置的支护单元组成；支护单元包括L形支护底座2、竖直顶升板3和水平顶推板4；支护底座2和竖直顶升板3通过设在支护底座2的L形水平段上的薄型顶升气缸5形成竖向顶升结构；支护底座2和水平顶推板4通过设在L形竖直段外侧面上，且呈水平设置的薄型顶推气缸6形成水平推拉结构，顶推气缸6设在支护底座2位于顶升气缸5前方。顶升气缸5和顶推气缸6均通过各自缸体上的软管接头1和高压软管连接压缩空气源。其中，竖直顶升板3上端连接有顶罩7，顶罩7呈开口朝下的矩形罩壳结构，且顶罩7后端固定连接有后挡板8，用以从上方、两侧和顶升气缸5后侧对顶升气缸5和顶推气缸6形成挡护；竖直顶升板3上固定连接有两个第一圆形导柱9，第一圆形导柱9滑动配合有第一导套10，该第一导套10嵌合在顶升气缸5的缸体上；水平顶推板4上固定连接有两个第二圆形导柱11，第二圆形导柱11滑动配合有第二导套12，该第二导套12嵌合在顶推气缸6的缸体上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三向加载三维相似模拟试验开挖系统用支护系统，其特征在于，由多个并列设置的支护单元组成；所述支护单元包括L形支护底座(2)、竖直顶升板(3)和水平顶推板(4)；支护底座(2)和竖直顶升板(3)通过设在支护底座(2)的L形水平段上的薄型顶升油缸或顶升气缸(5)形成竖向顶升结构；支护底座(2)和水平顶推板(4)通过设在L形竖直段外侧面上，且呈水平设置的薄型顶推油缸或顶推气缸(6)形成水平推拉结构，顶推油缸或顶推气缸(6)设在支护底座(2)位于顶升油缸或顶升气缸(5)前方。

【技术特征摘要】
1.一种三向加载三维相似模拟试验开挖系统用支护系统，其特征在于，由多个并列设置的支护单元组成；所述支护单元包括L形支护底座(2)、竖直顶升板(3)和水平顶推板(4)；支护底座(2)和竖直顶升板(3)通过设在支护底座(2)的L形水平段上的薄型顶升油缸或顶升气缸(5)形成竖向顶升结构；支护底座(2)和水平顶推板(4)通过设在L形竖直段外侧面上，且呈水平设置的薄型顶推油缸或顶推气缸(6)形成水平推拉结构，顶推油缸或顶推气缸(6)设在支护底座(2)位于顶升油缸或顶升气缸(5)前方。2.根据权利要求1所述的三向加载三维相似模拟试验开挖系统用支护系统，其特征在于，所述竖直顶升板(3)上端连接有顶罩(7)，顶罩(7)呈开口朝下的矩形罩壳结构，用以从上方和两侧对顶升油缸或顶升气缸(5)...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹光志，张东明，许江，尚德磊，鲁俊，王维忠，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50