一种巷道围岩破坏与支护模拟装置及其实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种巷道围岩破坏与支护模拟装置，包括底座、厚壁圆筒体、反力架、取芯装置、柔性加载装置、加压装置、高速静态应变仪和声发射监测仪，所述厚壁圆筒体固定设置在底座的上侧，所述反力架位于厚壁圆筒体的上方且其底端与底座固定焊接，所述加压装置搭载在反力架的中部，所述取芯装置和柔性加载装置对称设置在厚壁圆筒体的两侧且均与底座固定连接，本发明专利技术一种巷道围岩破坏与支护模拟装置，该实验装置结构设计合理，可自动进行模拟实验，且模拟材料量小且能够重复利用，试验速度快，效率高，能够有效模拟、跟踪显示并记录不同支护条件和应力条件的巷道破坏程度，通过加压模拟材料可模拟地质条件。

【技术实现步骤摘要】
一种巷道围岩破坏与支护模拟装置及其实验方法
本专利技术涉及一种模拟装置及其实验方法，特别涉及一种巷道围岩破坏与支护模拟装置及其实验方法，属于煤矿模拟实验装置领域。
技术介绍
巷道围岩松动圈支护理论是在研究认识松动圈性质、围岩变形机制以及工程实践基础上发展形成的，其核心内容有巷道支护的主要对象是围岩的剪胀变形和吸水膨胀性变形；支护的作用在于控制有害的剪胀变形；提出以松动圈厚度为依据的“巷道支护松动圈围岩分类方法”；根据围岩状态，分析阐述锚喷支护机理。巷道所架设的支护要承受什么样的荷载，受力过程中会发生什么样的变化，是支护设计之前必须首先考虑和回答的问题，原岩应力是地下工程围岩变形破坏的直接荷载，但它并不直接作用于支护之上，而是通过作用于围岩起作用。通常所称支护荷载是指围岩作用于支护体的压力，按荷载性质可分为松散破裂围岩自重压力、围岩变形压力和岩石的吸水膨胀变形压力。为进一步提高巷道支护的强度，保证煤矿开采安全，巷道围岩破坏与支护模拟能够得出支护方式与巷道受力之间的相互关系，保障施工安全，但现有模拟装置只能对轴向压力和整体支护状态进行模拟，难以完全模拟不同应力方向和支护位置时的巷道受力状态以及破坏程度，模拟能力局限性较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种巷道围岩破坏与支护模拟装置，以解决上述
技术介绍
中提出的缺乏巷道模拟实验装置的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种巷道围岩破坏与支护模拟装置，包括底座、厚壁圆筒体、反力架、取芯装置、柔性加载装置、加压装置、高速静态应变仪和声发射监测仪，所述厚壁圆筒体固定设置在底座的上侧，所述反力架位于厚壁圆筒体的上方且其底端与底座固定焊接，所述加压装置搭载在反力架的中部，所述取芯装置和柔性加载装置对称设置在厚壁圆筒体的两侧且均与底座固定连接，所述加压装置用于施压及改变巷道受压方向，所述柔性加载装置用于支护及变更支护位置。作为优选，所述加压装置由设置在反力架上的千斤顶组和被其所驱动的施压板以及侧板构成，其中所述千斤顶组进一步由主液压千斤顶和副液压千斤顶构成，所述施压板安装在主液压千斤顶的输出端上，所述副液压千斤顶的输出端上均活动连接有顶杆，所述顶杆的远端均与侧板铰接，两个所述侧板则分别铰接在施压板的两侧。作为优选，所述取芯装置由设置在底座上的移动滑台和搭载在移动滑台上的钻攻电机构成，所述钻攻电机的输出端上安装有一取芯钻头，所述移动滑台进一步包括驱动电机、固定滑轨以及滑块，其中所述固定滑轨内通过轴承转动连接有一丝杆，所述驱动电机的输出端与丝杆固定连接，所述丝杆可螺纹驱动滑块在固定滑轨上滑动。作为优选，所述柔性加载装置由设置在底座上的气动滑台以及受其驱动的支护主杆和加压气泵构成，其中所述支护主杆的周壁上均匀分布有膨胀气囊，所述加压气泵通过气压分流器和输气管分别与各膨胀气囊相连通，所述输气管上均设置有排气电磁阀。作为优选，所述厚壁圆筒体的两侧对应取芯装置和柔性加载装置设置有芯槽，所述芯槽的两侧分别设置有插槽，相邻所述插槽之间嵌设有封堵板。作为优选，所述高速静态应变仪，用于监测厚壁圆筒体的应变，高速静态应变仪的应变片安装在厚壁圆筒体的筒壁上。作为优选，所述声发射监测仪，用于监测模拟材料的AE时间，声发射监测仪的传感器设置在厚壁圆筒体的筒壁上。一种巷道围岩破坏与支护模拟装置的实验方法，包括如下步骤：(8.1)、主液压千斤顶和副液压千斤顶收缩至最短状态，将模拟材料从厚壁圆筒体上方进行倾倒，达到标高后，主液压千斤顶对模拟材料加载压力，当加载到预定载荷时，模拟材料将重新咬合固定；(8.2)、抽出厚壁圆筒体两侧的封堵板，由驱动电机带动丝杆驱动滑块，钻攻电机进行钻攻作业，直至在模拟材料内开凿出芯体槽，取出芯体，自然形成巷道模拟空间；(8.3)、气动滑台推动支护主杆进入模拟空间内，依据实验要求，由加压气泵和气压分流器调整部分膨胀气囊充气，膨胀气囊内置有测压仪探头，不同的气压值能够模拟支护强度；(8.4)、千斤顶组进一步加载模拟材料，逐级或连续加载，模拟不同支护条件和轴向压力作用下的巷道受力状态，并通过高速静态应变仪、声发射监测仪和摄像拍照的方式记录巷道围岩的破坏程度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)、本专利技术一种巷道围岩破坏与支护模拟装置，该实验装置结构设计合理，可自动进行模拟实验，且模拟材料量小且能够重复利用，试验速度快，效率高，能够有效模拟、跟踪显示并记录不同支护条件和应力条件的巷道破坏程度。(2)、本专利技术一种巷道围岩破坏与支护模拟装置的实验方法，通过加压模拟材料可模拟地质条件，由取芯装置钻攻模拟材料自然形成巷道，加压装置除能够模拟垂直应力作用外，两侧板还能够被驱动模拟不同应力方向条件下的巷道破坏特征。(3)、本专利技术一种巷道围岩破坏与支护模拟装置的实验方法，柔性加载装置能够自动与取芯装置进行轮换，通过选择性改变膨胀气囊以及膨胀气囊中的气体压力改变支护位置以及强度，来实现不同支护位置和强度的模拟。(4)、本专利技术一种巷道围岩破坏与支护模拟装置的实验方法，由加压装置模拟不同加压条件，柔性加载装置则相对于模拟压力条件进行模拟支护，可用于研究巷道不同支护位置的综合支护能力和不同支护气压下的支护能力，以便得出不同支护强度、位置与巷道围岩失稳压力、方向上的耦合关系，相较于传统单方向上的压力、支护模拟，该研究实验方法的模拟能力得到了极大地提高。附图说明图1为本专利技术的侧面结构示意图；图2为本专利技术的俯视结构示意图；图3为本专利技术的正面剖视图。图中：1、底座；2、厚壁圆筒体；21、芯槽；22、插槽；23、封堵板；3、反力架；4、取芯装置；41、移动滑台；411、驱动电机；412、固定滑轨；413、驱动滑块；414、丝杆；42、钻攻电机；43、取芯钻头；5、柔性加载装置；51、气动滑台；52、支护主杆；521、膨胀气囊；522、输气管；523、排气电磁阀；53、加压气泵；6、加压装置；61、千斤顶组；611、主液压千斤顶；612、副液压千斤顶；613、顶杆；62、施压板；63、侧板；7、高速静态应变仪；8、声发射监测仪。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例：如图1-3所示，一种巷道围岩破坏与支护模拟装置，包括底座1、厚壁圆筒体2、反力架3、取芯装置4、柔性加载装置5、加压装置6、高速静态应变仪7和声发射监测仪8，所述厚壁圆筒体2固定设置在底座1的上侧，所述反力架3位于厚壁圆筒体2的上方且其底端与底座1固定焊接，所述加压装置6搭载在反力架3的中部，所述取芯装置4和柔性加载装置5对称设置在厚壁圆筒体2的两侧且均与底座1固定连接，所述加压装置6用于施压及改变巷道受压方向，所述柔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种巷道围岩破坏与支护模拟装置，包括底座、厚壁圆筒体、反力架、取芯装置、柔性加载装置、加压装置、高速静态应变仪和声发射监测仪，所述厚壁圆筒体固定设置在底座的上侧，所述反力架位于厚壁圆筒体的上方且其底端与底座固定焊接，所述加压装置搭载在反力架的中部，所述取芯装置和柔性加载装置对称设置在厚壁圆筒体的两侧且均与底座固定连接，其特征在于，所述加压装置用于施压及改变巷道受压方向，所述柔性加载装置用于支护及变更支护位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种巷道围岩破坏与支护模拟装置，包括底座、厚壁圆筒体、反力架、取芯装置、柔性加载装置、加压装置、高速静态应变仪和声发射监测仪，所述厚壁圆筒体固定设置在底座的上侧，所述反力架位于厚壁圆筒体的上方且其底端与底座固定焊接，所述加压装置搭载在反力架的中部，所述取芯装置和柔性加载装置对称设置在厚壁圆筒体的两侧且均与底座固定连接，其特征在于，所述加压装置用于施压及改变巷道受压方向，所述柔性加载装置用于支护及变更支护位置。


2.根据权利要求1所述的一种巷道围岩破坏与支护模拟装置，其特征在于，所述加压装置由设置在反力架上的千斤顶组和被其所驱动的施压板以及侧板构成，其中所述千斤顶组进一步由主液压千斤顶和副液压千斤顶构成，所述施压板安装在主液压千斤顶的输出端上，所述副液压千斤顶的输出端上均活动连接有顶杆，所述顶杆的远端均与侧板铰接，两个所述侧板则分别铰接在施压板的两侧。


3.根据权利要求1所述的一种巷道围岩破坏与支护模拟装置，其特征在于，所述取芯装置由设置在底座上的移动滑台和搭载在移动滑台上的钻攻电机构成，所述钻攻电机的输出端上安装有一取芯钻头，所述移动滑台进一步包括驱动电机、固定滑轨以及滑块，其中所述固定滑轨内通过轴承转动连接有一丝杆，所述驱动电机的输出端与丝杆固定连接，所述丝杆可螺纹驱动滑块在固定滑轨上滑动。


4.根据权利要求1所述的一种巷道围岩破坏与支护模拟装置，其特征在于，所述柔性加载装置由设置在底座上的气动滑台以及受其驱动的支护主杆和加压气泵构成，其中所述支护主杆的周壁上均匀分布有膨胀气囊，所述加压气泵通过气压分流器和输气管分别与各膨胀气...

【专利技术属性】
技术研发人员：镐振，孙光中，刘帅屹，魏海航，
申请(专利权)人：河南工程学院，
类型：发明
国别省市：河南;41