深井采动过程充填体和矿岩体多轴界面试验装置及方法制造方法及图纸

一种深井采动过程充填体和矿岩体多轴界面试验装置及方法，装置包括反力框架组件、最大主应力加载组件、中间主应力加载组件、最小主应力加载组件、试样制备组件及采动信息感知组件。方法为：在试样承载滑台上利用真实岩块制备矿岩体，在矿岩体之间的模拟采空区原位浇筑料浆制备充填体，待充填体固化后拆除模具，将模型试样整体推入反力框架的试样加载腔内，随后完成反力框架的封闭，在反力框架内对制备好的模型试样进行养护，在模型试样养护期间，按照设计值对模型试样施加固结应力，直到模型试样达到设定的养护龄期；当模型试样达到设定的养护龄期后，对模型试样进行三维应力加载，用以模拟采动过程，在模拟采动过程中对采动数据进行采集。据进行采集。据进行采集。

【技术实现步骤摘要】
深井采动过程充填体和矿岩体多轴界面试验装置及方法


[0001]本专利技术属于深井采动力学试验
，特别是涉及一种深井采动过程充填体和矿岩体多轴界面试验装置及方法。

技术介绍

[0002]阶段空场嗣后充填法属于空场法和充填法联合开采法，由于应用了充填技术，不仅很好地控制了采矿地压活动，而且可减少尾矿库修建、部分消耗地表堆存尾矿、充填成本占采矿总成本高的问题，已经成为超深大规模开采的首选方法。
[0003]当超大规模深部开采应用空场嗣后充填采矿法时，从效率出发，采场常被设计高窄形，矿体一般划分为连续矿房和矿柱采场，并采用“隔一采一”的两步骤回采方式。
[0004]然而，采空区围岩与充填体的紧密结合所构成的大型地质体规模可达百米，高陡充填体与周围矿岩体在采矿活动中的协调变形和揭露后的自立稳定性问题，已经成为超大规模深部开采的瓶颈问题，而该问题亟待从源头上加以探索。此外，针对回采爆破扰动对充填体损伤、充填体周边矿体爆破揭露顺序、充填体长期自立性等问题，目前多在理论层面进行稳定性分析。
[0005]当前，鉴于原位试验监测实施的不安全性以及操作难度大的问题，为了研究充填采场的采动规律，推荐采用相似物理模型试验开展相关试验，然而现阶段还没有合适的可以满足开展深井采动过程充填体和矿岩体多轴界面试验的装置及方法，因此现有的相似物理模型试验装置还不具备精确测试矿岩体与充填体在三维应力空间内力学行为的能力。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种深井采动过程充填体和矿岩体多轴界面试验装置及方法，具备精确测试矿岩体与充填体在三维应力空间内力学行为的能力。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种深井采动过程充填体和矿岩体多轴界面试验装置，包括反力框架组件、最大主应力加载组件、中间主应力加载组件、最小主应力加载组件及试样制备组件；所述反力框架组件包括底座、第一立柱、第二立柱、横梁、第一立板、第二立板、第一拉杆组及第二拉杆组；所述底座固定安装在地面上；所述第一立柱和第二立柱镜像对称固装在底座顶部，第一立柱与第二立柱之间的空间作为试样加载腔；在所述第一立柱顶部竖直固装有第一导向柱；在所述第二立柱顶部竖直固装有第二导向柱；所述横梁位于第一立柱和第二立柱上方，在横梁上分别开设有第一导向孔和第二导向孔；所述第一导向柱穿过第一导向孔；所述第二导向柱穿过第二导向孔；在所述第一立柱外侧的底座与横梁之间竖直连接有第一油缸；在所述第二立柱外侧的底座与横梁之间竖直连接有第二油缸；所述第一立板和第二立板分别位于试样加载腔的左右两侧；所述第一拉杆组与第一立柱同侧分布，第一拉杆组一端与第一立板通过锁具相连，第一拉杆组另一端与第二立板通过锁具相连；所述第二拉杆组与第二立柱同侧分布，第二拉杆组一端与第一立板通过锁具相连，第二拉杆组另一端与第二立板通过锁具相连；所述最大主应力加载组
件布设在横梁上；所述中间主应力加载组件布设在第一立板和第二立板上；所述最小主应力加载组件布设在第一立柱和第二立柱上；所述试样制备组件布设在底座上。
[0008]在所述第一立板下方的地面上固设有第一支撑平台，在第一支撑平台上表面固设有第一滑轨组，在第一支撑平台上方设置有滑台架，滑台架通过滑块滑动连接在第一滑轨组上；在所述滑台架上固设有第二滑轨组，所述第一立板通过滑块滑动连接在第二滑轨组上；在所述第一立板与滑台架之间连接有立板推移油缸。
[0009]在所述第二立板下方的地面上固设有第二支撑平台，在第二支撑平台、底座及第一支撑平台的上表面统一设有第三滑轨组，所述第二立板通过滑块滑动连接在第三滑轨组上。
[0010]所述最大主应力加载组件包括第一液压囊和第二液压囊；在所述横梁下表面开设有液压囊安装槽，所述第一液压囊通过液压囊安装槽设置在横梁下表面，所述第二液压囊位于第一液压囊下方。
[0011]所述中间主应力加载组件包括第一作动器阵列、动态作动器、第三液压囊及第四液压囊；所述第一作动器阵列固设在第一立板上，所述第三液压囊固设在第一作动器阵列上；所述动态作动器固设在第二立板上，所述第四液压囊固设在动态作动器上；所述动态作动器底部固设有支撑垫块，支撑垫块通过滑块滑动连接在第三滑轨组上。
[0012]所述最小主应力加载组件包括第二作动器阵列及第三作动器阵列；在所述第一立柱内表面设置有作动器安装槽，所述第二作动器阵列通过作动器安装槽设置在第一立柱内表面；在所述第二立柱内表面设置有作动器安装槽，所述第三作动器阵列通过作动器安装槽设置在第二立柱内表面。
[0013]所述试样制备组件包括试样承载滑台及试样成型模具；所述试样承载滑台通过滑块滑动连接在第三滑轨组上，且滑块与试样承载滑台底部之间设置有滑台顶升缸；在所述试样承载滑台与第一支撑平台之间连接有滑台推移油缸。
[0014]所述的深井采动过程充填体和矿岩体多轴界面试验装置还包括采动信息感知组件，所述采动信息感知组件包括动态光纤光栅、负荷传感器、压力传感器、磁致伸缩式位移传感器、LVDT位移传感器及声发射传感器；所述动态光纤光栅预埋在模型试样的充填体内；所述第一作动器阵列、第二作动器阵列、第三作动器阵列及动态作动器均配置有负荷传感器和LVDT位移传感器；所述第一液压囊、第二液压囊、第三液压囊及第四液压囊均配置有压力传感器；所述动态作动器配置有磁致伸缩式位移传感器；所述第二作动器阵列和第三作动器阵列与模型试样的矿岩体之间均配置有声发射传感器。
[0015]一种深井采动过程充填体和矿岩体多轴界面试验方法，采用了所述的深井采动过程充填体和矿岩体多轴界面试验装置，包括如下步骤：
[0016]步骤一：利用真实岩块制备矿岩体，矿岩体制备数量为两块，矿岩体的一侧表面设为斜面，通过矿岩体模拟采场围岩条件；
[0017]步骤二：利用吊机将两块制备好的矿岩体吊装到试样承载滑台上，使两块矿岩体的斜面正对，两处斜面之间的空间用来模拟采空区；
[0018]步骤三：在安置好的两块矿岩体的四周以及顶部固定安装围挡板，围挡板安装好后形成试样成型模具，且矿岩体顶部的围挡板留有注浆孔，围挡板之间的接缝处以及围挡板与试样承载滑台的接缝处均利用防水胶进行密封处理；
[0019]步骤四：通过矿岩体顶部围挡板上的注浆孔向试样成型模具内浇筑料浆，且在料浆浇筑过程中预埋入动态光纤光栅，当浇筑好的料浆完全固化后，充填体制备完成，同时由充填体和矿岩体组合形成的模型试样也制备完成；
[0020]步骤五：将模型试样外围的试样成型模具拆除，使制备好的模型试样完全暴露，随后控制试样承载滑台底部的滑台顶升缸伸长，滑台顶升缸的活塞杆首先顶住下方的滑块，随着滑台顶升缸的继续伸长，滑台顶升缸的活塞杆无法继续移动，此时滑台顶升缸的缸筒会向上移动，并带动试样承载滑台向上抬升，直到试样承载滑台与第一支撑平台脱离接触；
[0021]步骤六：控制滑台推移油缸的活塞杆伸出，将试样承载滑台沿着第三滑轨组推移到第一立柱与第二立柱之间的试样加载腔内，随后控制试样承载滑台底部的滑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深井采动过程充填体和矿岩体多轴界面试验装置，其特征在于：包括反力框架组件、最大主应力加载组件、中间主应力加载组件、最小主应力加载组件及试样制备组件；所述反力框架组件包括底座、第一立柱、第二立柱、横梁、第一立板、第二立板、第一拉杆组及第二拉杆组；所述底座固定安装在地面上；所述第一立柱和第二立柱镜像对称固装在底座顶部，第一立柱与第二立柱之间的空间作为试样加载腔；在所述第一立柱顶部竖直固装有第一导向柱；在所述第二立柱顶部竖直固装有第二导向柱；所述横梁位于第一立柱和第二立柱上方，在横梁上分别开设有第一导向孔和第二导向孔；所述第一导向柱穿过第一导向孔；所述第二导向柱穿过第二导向孔；在所述第一立柱外侧的底座与横梁之间竖直连接有第一油缸；在所述第二立柱外侧的底座与横梁之间竖直连接有第二油缸；所述第一立板和第二立板分别位于试样加载腔的左右两侧；所述第一拉杆组与第一立柱同侧分布，第一拉杆组一端与第一立板通过锁具相连，第一拉杆组另一端与第二立板通过锁具相连；所述第二拉杆组与第二立柱同侧分布，第二拉杆组一端与第一立板通过锁具相连，第二拉杆组另一端与第二立板通过锁具相连；所述最大主应力加载组件布设在横梁上；所述中间主应力加载组件布设在第一立板和第二立板上；所述最小主应力加载组件布设在第一立柱和第二立柱上；所述试样制备组件布设在底座上。2.根据权利要求1所述的一种深井采动过程充填体和矿岩体多轴界面试验装置，其特征在于：在所述第一立板下方的地面上固设有第一支撑平台，在第一支撑平台上表面固设有第一滑轨组，在第一支撑平台上方设置有滑台架，滑台架通过滑块滑动连接在第一滑轨组上；在所述滑台架上固设有第二滑轨组，所述第一立板通过滑块滑动连接在第二滑轨组上；在所述第一立板与滑台架之间连接有立板推移油缸。3.根据权利要求2所述的一种深井采动过程充填体和矿岩体多轴界面试验装置，其特征在于：在所述第二立板下方的地面上固设有第二支撑平台，在第二支撑平台、底座及第一支撑平台的上表面统一设有第三滑轨组，所述第二立板通过滑块滑动连接在第三滑轨组上。4.根据权利要求3所述的一种深井采动过程充填体和矿岩体多轴界面试验装置，其特征在于：所述最大主应力加载组件包括第一液压囊和第二液压囊；在所述横梁下表面开设有液压囊安装槽，所述第一液压囊通过液压囊安装槽设置在横梁下表面，所述第二液压囊位于第一液压囊下方。5.根据权利要求4所述的一种深井采动过程充填体和矿岩体多轴界面试验装置，其特征在于：所述中间主应力加载组件包括第一作动器阵列、动态作动器、第三液压囊及第四液压囊；所述第一作动器阵列固设在第一立板上，所述第三液压囊固设在第一作动器阵列上；所述动态作动器固设在第二立板上，所述第四液压囊固设在动态作动器上；所述动态作动器底部固设有支撑垫块，支撑垫块通过滑块滑动连接在第三滑轨组上。6.根据权利要求5所述的一种深井采动过程充填体和矿岩体多轴界面试验装置，其特征在于：所述最小主应力加载组件包括第二作动器阵列及第三作动器阵列；在所述第一立柱内表面设置有作动器安装槽，所述第二作动器阵列通过作动器安装槽设置在第一立柱内表面；在所述第二立柱内表面设置有作动器安装槽，所述第三作动器阵列通过作动器安装槽设置在第二立柱内表面。7.根据权利要求6所述的一种深井采动过程充填体和矿岩体多轴界面试验装置，其特
征在于：所述试样制备组件包括试样承载滑台及试样成型模具；所述试样承载滑台通过滑块滑动连接在第三滑轨组上，且滑块与试样承载滑台底部之间设置有滑台顶升缸；在所述试样承载滑台与第一支撑平台之间连接有滑台推移油缸。8.根据权利要求7所述的一种深井采动过程充填体和矿岩体多轴界面试验装置，其特征在于：所述的深井采动过程充填体和矿岩体多轴界面试验装置还包括采动信息感知组件，所述采动信息感知组件包括动态光纤光栅、负荷传感器、压力传感器、磁致伸缩式位移传感器、LVDT位移传感器及声发射传感器；所述动态光纤光...

【专利技术属性】
技术研发人员：张希巍，薛淳元，姜海强，汪昕，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：