多角度倾斜岩层巷道支护相似模拟试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种多角度倾斜岩层巷道支护相似模拟试验装置，包括底座，其还包括：旋转架，一端与所述底座的一端相铰接，其另一端与所述底座的另一端通过角度调节机构相连接，所述角度调节机构用于调节所述旋转架相对于所述底座的旋转角度；框模，放置在所述旋转架上，所述框模内部铺设有煤岩层相似材料；锚杆支护巷道壳体，固定在所述框模的侧壁上，且位于所述煤岩层相似材料的内部；加载单元，用于对所述煤岩层相似材料施加载荷；数据监测单元，用于采集所述煤岩层相似材料的实验数据。本实用新型专利技术能适用于不同巷道支护方案的模拟，并且能实现煤岩层相似材料中各岩层之间倾角的差异化调节。

Similar simulation test device for roadway support in inclined multi-angle strata

The utility model discloses a similar simulation test device for roadway support in multi-angle inclined rock strata, including a base, which also includes a rotary frame, one end of which is articulated with one end of the base, the other end of which is connected with the other end of the base through an angle regulating mechanism, which is used to adjust the rotation angle of the rotary frame relative to the base. Placed on the rotating frame, the frame mould is provided with similar material of coal and rock strata; the bolt supporting roadway shell is fixed on the side wall of the frame mould and is located inside the similar material of coal and rock strata; the loading unit is used to load the similar material of coal and rock strata; and the data monitoring unit is used to collect the experimental data of the similar material of coal and rock strata. The utility model can be applied to the simulation of different roadway support schemes, and can realize the differential adjustment of inclination angles between different rock strata in similar materials of coal and rock strata.

【技术实现步骤摘要】
多角度倾斜岩层巷道支护相似模拟试验装置
本技术涉及矿山支护试验领域，特别是涉及一种锚杆支护巷道相似模拟试验装置及试验方法。
技术介绍
巷道是井工煤矿开采的必要通道，据统计，我国煤矿每年新掘进巷道总长达12000km，巷道支护工程规模巨大，对煤矿安全、产量与效益有显著影响。锚杆支护技术通过对掘进后的巷道围岩中打眼，再将锚杆插入眼孔，充分利用围岩自身强度来稳定围岩。锚杆支护技术能够有效地控制围岩变形与破坏，改善围岩应力状态，国内外大量岩土工程实践证明，影响锚杆支护效果因素有很多，其中岩体层理结构与物理力学性质是重要影响因素。目前，随着井工煤矿开采深度、开采范围与开采强度增加，盆地、断层、褶曲、及侵蚀等地质条件层出不穷，巷道锚杆支护难度增加，面临着煤层倾斜角度过大以及围岩岩层之间的倾斜角度差异问题，更容易出现巷道片帮和冒顶等事故。因此如果利用相似模拟试验通过结合现场工程地质条件对巷道支护效果进行模拟，通过模拟结果，得到最佳锚固参数，利用模拟出的最佳锚固参数反推出现场锚固方案，从而为锚杆支护方案设计及优化提供试验依据。中国专利申请号201310024637X公开了一种锚杆支护锚固施工仿真综合试验装置，该装置虽然是一个可以模拟三维状态下巷道锚杆支护的试验装置，但是模拟锚杆支护时，不但忽略了煤层的倾角变化，更忽略了各岩层之间倾角差，只能模拟固定倾角煤层的锚杆支护，这是一种理想状态的模拟，可作为教学试验装置为学生演示锚杆如何支护巷道，但是由于脱离实际，对煤矿施工指导价值不足。中国专利申请号201720199180.X提供了一种用于巷道围岩支护与变形的相似模拟材料实验装置，该专利通过在水平方向对相似材料施加力进行模拟侧向应力对煤矿采动损害的影响，但一是无法精确监测巷道支护锚杆受力变化及巷道围岩变形情况，二是无法用在倾斜角度较大的巷道顶部岩层中。申请号为CN201410483291.4的技术专利提供了一种大型巷道支护实验室模拟系统，采用电钻机对巷道钻孔并安装锚杆，在侧压及轴压加载作用下，采用声发射方法对支护效果进行监测，但锚杆在安装过程中与围岩粘结性较差，容易造成锚杆脱落，影响巷道支护效果，同时也无法模拟倾斜角度较大的巷道顶部岩层支护效果。为了使模拟更加与现场相符，中国专利申请号为201510011652.X的技术专利提供了一种倾斜岩层物理相似模拟装置，采用横梁悬吊与底架千斤顶支撑方式对可倾斜机架角度的调节，从而适应岩层的倾斜，但未涉及各岩层之间倾角差异化调节；中国专利申请号为201620679270.4的技术专利提供了一种倾角可调式急倾斜煤层开采模拟实验架，从它【0047】段记载的内容看出，在实际应用中它通过在试验架下垫不同高度垫块实现煤岩层角度调节，这种调节方式是一种粗略的方式，不易实现角度的精确控制，无法模拟现场的状况；另外，在该文献【0042】段记载的内容看出，模拟实验的时候，它要求上下岩层与煤层平行设置，这说明它忽略了岩层之间的倾角差异。中国专利申请号为201510689917.1的技术专利提供了一种可模拟倾斜岩层的全自动相似模拟试验装置，相似材料铺设及试验加载等过程均由控制系统控制，能够模拟倾斜岩层的开挖，但岩层可调节角度范围较小，在模拟大倾角岩层时存在困难。除此之外，上述专利均未涉及巷道锚杆支护。综上所述，如何改进现有锚杆支护巷道相似模拟装置，能差异化调节各岩层之间倾角，实现室内试验模拟过程中锚杆受力的精确监测，满足道锚杆支护室内研究的需要，成为亟待解决的问题。
技术实现思路
本技术主要是解决现有技术中所存在的技术问题，从而提供一种实现各岩层之间倾角的差异化检测，实验精度高的多角度倾斜岩层巷道支护相似模拟试验装置，从而为锚杆支护方案设计及优化提供试验依据。本技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本技术提供的多角度倾斜岩层巷道支护相似模拟试验装置，包括底座、旋转架、框模、锚杆支护巷道壳体、加载单元和数据监测单元，其中：所述的旋转架一端铰接在底座上，另一端与底座的另一端通过角度调节机构相连接；所述角度调节机构用于调节旋转架相对于底座的旋转角度，具体结构是：角度调节机构包括螺纹推杆、连杆、滑槽和支撑架；滑槽水平地开设在底座上，螺纹推杆的一端从底座侧壁旋进后伸入到滑槽中，螺纹推杆的另一端与手柄相连接；所述支撑架一端铰接在滑槽的底部，另一端与旋转架的旋转端下表面相接触；所述连杆的一端连接在螺纹推杆上，另一端铰接在支撑架的下表面中部；所述的框模包括前后左右侧板和底板，前后侧板采用透明玻璃钢板制成，框模放置在旋转架上，框模内部铺设有煤岩层相似材料；所述的锚杆支护巷道壳体位于煤岩层相似材料的内部，其外观与巷道断面形状相吻合，具体包括壳体本体、锚杆、限位螺母和吊环螺母；壳体本体固定在框模的前后侧壁上，壳体本体上分布有多排锚杆孔，锚杆锚固段穿过锚杆孔套设上限位螺母后伸入到煤岩层相似材料中，锚杆的安装端通过吊环螺母和托盘固紧在壳体本体上，在吊环螺母和托盘之间安装有微型测力传感器；所述的加载单元，用于对所述煤岩层相似材料施加载荷；所述的数据监测单元，用于采集所述煤岩层相似材料的实验数据。进一步地，为了防止框模滑动，在底座上处于旋转架外侧的部位开设有销槽，销槽中设有与销槽相配合的防滑销块，防滑销块的侧壁与框模的外表面相抵接。进一步地，所述壳体本体包括多个钢壳，相邻两个所述钢壳之间通过榫卯结构相互连接，所述榫卯结构包括相互配合的榫槽和卯头，所述卯头设置在每个所述钢壳的上下两侧边缘。进一步地，所述托盘的两侧侧面为具有倾角的斜面。进一步地，所述加载单元包括加载板和压力机，所述加载板压附在所述煤岩层相似材料的上表面，所述压力机与所述加载板相配合，且所述加载板的形状为梯形。进一步地，所述数据监测单元包括静态应变测试仪、声发射探头、工业高速相机、信息处理系统和信息显示系统，所述信息处理系统分别与所述静态应变测试仪、声发射探头、工业高速相机和信息显示系统相连接，以及所述静态应变测试仪还与所述微型测力传感器相连接。进一步地，所述底座上还设有角度标尺。进一步地，所述旋转架的旋转角度为0-60°。本技术的试验方法，包括以下步骤：第一步：根据工程现场实际条件制定巷道支护模拟方案，包括锚杆间距和排距，煤层以及岩层的倾斜角度，确定所配制的相似材料参数；第二步：调整好旋转架角度，具体方法是：以角度标尺读数为标准，通过螺纹推杆的旋进和旋出，在每层相似材料铺设前对旋转架的角度进行调节，进而差异化调节每层相似材料的倾角；第三步：配制相似材料所述煤岩层相似材料包括从下至上依次设置的第一至第三材料层，所述第一至第三材料层均采用粉砂岩、煤、细砂岩制作，其分别按照8∶3∶7、9∶2∶8、7∶2∶8的体积比例进行配比。进一步地，第一至第三材料层上分别掺杂质量分数为3％-8％的浅黄色、深灰色、浅褐色染色剂。第四步：在试验装置中分层铺设相似材料，并将加载板放置到煤岩层相似材料上，每铺设一层需要调节一次旋转架的角度；第五步：等相似材料固结，干燥环境下养护一段时间后，拆除框模，拆卸下锚杆支护巷道壳体的壳体本体；第六步：在锚杆支护巷道壳体的锚杆上依次安装微型测力传感器与托盘，拧紧吊环螺母，对锚杆施加预紧力；第七步：对煤岩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多角度倾斜岩层巷道支护相似模拟试验装置，其特征在于，它包括底座、旋转架、框模、锚杆支护巷道壳体、加载单元和数据监测单元，其中：所述的旋转架一端铰接在底座上，另一端与底座的另一端通过角度调节机构相连接；所述角度调节机构用于调节旋转架相对于底座的旋转角度，具体结构是：角度调节机构包括螺纹推杆、连杆、滑槽和支撑架；滑槽水平地开设在底座上，螺纹推杆的一端从底座侧壁旋进后伸入到滑槽中，螺纹推杆的另一端与手柄相连接；所述支撑架一端铰接在滑槽的底部，另一端与旋转架的旋转端下表面相接触；所述连杆的一端连接在螺纹推杆上，另一端铰接在支撑架的下表面中部；所述的框模包括前后左右侧板和底板，前后侧板采用透明玻璃钢板制成，框模放置在旋转架上，框模内部铺设有煤岩层相似材料；所述的锚杆支护巷道壳体位于煤岩层相似材料的内部，其外观与巷道断面形状相吻合，具体包括壳体本体、锚杆、限位螺母和吊环螺母；壳体本体固定在框模的前后侧壁上，壳体本体上分布有多排锚杆孔，锚杆锚固段穿过锚杆孔套设上限位螺母后伸入到煤岩层相似材料中，锚杆的安装端通过吊环螺母和托盘固紧在壳体本体上，在吊环螺母和托盘之间安装有微型测力传感器；所述的加载单元，用于对所述煤岩层相似材料施加载荷；所述的数据监测单元，用于采集所述煤岩层相似材料的实验数据。...

【技术特征摘要】
1.一种多角度倾斜岩层巷道支护相似模拟试验装置，其特征在于，它包括底座、旋转架、框模、锚杆支护巷道壳体、加载单元和数据监测单元，其中：所述的旋转架一端铰接在底座上，另一端与底座的另一端通过角度调节机构相连接；所述角度调节机构用于调节旋转架相对于底座的旋转角度，具体结构是：角度调节机构包括螺纹推杆、连杆、滑槽和支撑架；滑槽水平地开设在底座上，螺纹推杆的一端从底座侧壁旋进后伸入到滑槽中，螺纹推杆的另一端与手柄相连接；所述支撑架一端铰接在滑槽的底部，另一端与旋转架的旋转端下表面相接触；所述连杆的一端连接在螺纹推杆上，另一端铰接在支撑架的下表面中部；所述的框模包括前后左右侧板和底板，前后侧板采用透明玻璃钢板制成，框模放置在旋转架上，框模内部铺设有煤岩层相似材料；所述的锚杆支护巷道壳体位于煤岩层相似材料的内部，其外观与巷道断面形状相吻合，具体包括壳体本体、锚杆、限位螺母和吊环螺母；壳体本体固定在框模的前后侧壁上，壳体本体上分布有多排锚杆孔，锚杆锚固段穿过锚杆孔套设上限位螺母后伸入到煤岩层相似材料中，锚杆的安装端通过吊环螺母和托盘固紧在壳体本体上，在吊环螺母和托盘之间安装有微型测力传感器；所述的加载单元，用于对所述煤岩层相似材料施加载荷；所述的数据监测单元，用于采集所述煤岩层相似材料的实验数据。2.如权利要求1所述的多角度倾斜岩层巷道支护相似模拟试验装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：高学鹏，谭云亮，赵同彬，于凤海，邢名录，尹延春，李刚，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：新型
国别省市：山东,37