围岩对矿震响应及其对地上/地下建筑影响的模拟系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种围岩对矿震响应及其对地上/地下建筑影响的模拟系统。为填补现有技术空白，本实用新型专利技术包括基坑、模拟试验箱、可编程控制器和存储器，基坑底部设有两个竖向伺服振动液压缸，该竖向伺服振动液压缸上设有振动平台，基坑侧壁与振动平台之间分别设有纵向或横向伺服振动液压缸，振动平台上还设有四个复合挡板，每个不锈钢板下沿与振动平台的相邻边铰接，形成所述模拟试验箱，其上部还套有绑扎绳，该模拟试验箱内可置入多层相似材料模拟巷道、地面建筑、地下空间的单元并布有与可编程控制器相连的多种传感器。本实用新型专利技术围岩对矿震响应及其对地上/地下建筑影响的模拟系统，适用于矿震损害研究、预警和防治。预警和防治。预警和防治。

【技术实现步骤摘要】
围岩对矿震响应及其对地上/地下建筑影响的模拟系统


[0001]本技术涉及一种围岩对矿震响应及其对地上/地下建筑影响的模拟系统。

技术介绍

[0002]目前，随着矿井开采深度的不断增大，大能量矿震事件发生的频率急剧加大，大能量矿震的发生不仅影响着地面造成建筑物地基受损，影响人民正常生产生活，还将致使巷道变形、采空区上覆岩层加速垮落变形甚至诱发工作面产生冲击地压事故，因此，研究震动载荷对矿井地下的巷道、硐室以及采空区和地面构筑物的复杂影响作用显得尤为紧迫重要。
[0003]然而，当前并没有模拟震动载荷扰动作用下围岩响应的模拟实验装置，远场振动对围岩影响还停留在纯理论与现场观察阶段，缺乏实验室内系统多次重复实验的设备与基础条件，相关专利也仅停留在矿井内某一部分浅显的瞬时扰动模拟实现和现场获取数据的技术或设备，对于实验室模拟远场振动影响矿井内各部分的力学响应装置及手段还鲜有涉及。
[0004]在煤矿生产的工程实际中矿井在遭受矿震影响时巷道、硐室等都处在能量
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波
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力的多种因素共同作用的复杂状态。因此，进行该类相似物理模拟研究存在以下难题：
[0005]（1）现有模拟装置无法实现贴近工程实际的相似模拟，绝大多数的实验室内不配备振动台，防灾科学领域的振动台规模较大和振动的频率过高，实现小范围、小体量、大能量的模拟实验时技术难度过大，耗费人力物力较多，实验时间较长，实验结果偶然因素影响过大，实验效果往往达不到要求。
[0006]（2）现有模拟装置一般为水平平台底座与固定垂直挡板无法实现特定倾角和特殊地质构造的相似模拟。
[0007]查阅大量相关研究，发现在振动台上设置有刚性外壳的结构极易出现应力异常变化，或对研究实践造成不属于实验效果的损害，影响实验结果。

技术实现思路

[0008]本技术要解决的技术问题是如何填补现有技术的上述空白，提供一种围岩对矿震响应及其对地上/地下建筑影响的模拟系统。
[0009]为解决上述技术问题，本围岩对矿震响应及其对地上/地下建筑影响的模拟系统，其特征在于：包括基坑、模拟试验箱、可编程控制器和存储器，所述基坑的水平截面呈方形，基坑底部设有两个竖向伺服振动液压缸，该竖向伺服振动液压缸上设有振动平台，基坑侧壁与振动平台之间分别设有纵向或横向伺服振动液压缸，所有竖向、纵向、横向伺服振动液压缸通过电控液压阀组与配用液压泵相连，电控液压阀组与可编程控制器的控制信号输出端相连，受其控制，可编程控制器与显示器和存储器相连，
[0010]振动平台上还设有四个复合挡板，每个复合挡板外侧为不锈钢板，不锈钢板内侧面上附有橡胶层，且每个不锈钢板下沿分别通过折页式铰链机构连接在所述振动平台的相
邻边上，所述振动平台与其上方的四个复合挡板形成所述模拟试验箱，该模拟试验箱上部还套有绑扎绳，该模拟试验箱内可置入多层相似材料，上述多层相似材料为按照现有技术换算出待模拟煤矿所在区域的地层各层相对应的相似材料，上述多层相似材料的相应位置分别设有模拟巷道单元、模拟地面建筑单元、模拟地下空间单元，上述模拟巷道单元、模拟地面建筑单元、模拟地下空间单元的相应位置布有传感器，上述传感器包括振动波收集传感器、应力传感器和应变传感器，上述传感器与可编程控制器的信号输入端相连。
[0011]对比现有其他技术，本技术具有如下有益效果：
[0012]（1）实现了实验室内小型矿区远场振动影响相似模拟实验，降低了该类实验的场地器材和资金要求。
[0013]（2）尽可能的弱化了“边界效应”，在振动状态下的模拟边界极易产生应力异常变化等边界效应，本技术通过复合挡板解决了此问题，首先利用最外层不锈钢挡板保证整个挡板的刚性及保护要求，内层的橡胶层可以弱化振动的传导和压力的均摊，同时二者之间还可增设振动传感器，借以实时监测边界振动波的情况并反馈到可编程控制器，及时调整振动发生装置的三项波。
[0014]（3）本技术四个复合挡板下沿与振动平台通过折页连接，可实现特殊煤矿特殊工程实际中边界不垂直或其他特殊区域相似模拟的要求，同时振动平台也可进行一定角度的倾斜满足带有倾角的矿井模拟要求。
[0015]（4）对于巷道、硐室、地面建筑及采空区等本装置涉及模拟实验常用的测试结构模块在其重点及特殊位置提前布设数据传感器，制成特殊结构元，在进行实验前仅需检测数据传感器是否正常工作，便可根据实验要求灵活取用，大大缩短了实验准备时间，结构元化的目标测定也更容易在实验出现误差时推演出问题所在。
[0016]作为优化，所述基坑为一个长为300cm、宽为240cm、深度为50cm的长方体的硬化水泥基坑。实践证明上述尺寸的基坑即可满足要求。
[0017]作为优化，所述振动平台长240cm、宽180cm、厚20cm。如此设计，实践证明上述尺寸振动平台与基坑配合较好。
[0018]作为优化，所述模拟试验箱总厚度不得超过150cm。如此设计，实践证明上述厚度体积小，使用效果好。
[0019]作为优化，模拟地下空间单元内还设有恒温气囊，所述传感器还包括压力传感器，该压力传感器设置在所述恒温气囊内部，所述压力传感器与所述可编程控制器的信号输入端相连。如此设计，创造性地选用恒温气囊及其内部的压力传感器，模拟采空区在扰动情况下的围岩运动趋势及应力变化，更加科学、方便。
[0020]本技术围岩对矿震响应及其对地上/地下建筑影响的模拟系统结构简单，使用方便，适用于矿震损害研究、预警和防治。
附图说明
[0021]下面结合附图对本技术围岩对矿震响应及其对地上/地下建筑影响的模拟系统作进一步说明：
[0022]图1是本技术实施方式一基坑、振动平台及其上复合挡板等部件的位置关系图；
[0023]图2是本技术实施方式一中模拟巷道单元及其上传感器的结构示意图；
[0024]图3是本技术实施方式一中模拟地面建筑单元其上传感器的结构示意图；
[0025]图4本技术实施方式一中模拟地下空间单元及其上传感器的结构示意图；
[0026]图5是本技术实施方式二中复合挡板、多似相似材料及其中模拟单元及传感器的立体结构示意图。
[0027]图中：1为基坑、2为模拟试验箱、3为可编程控制器、4为显示器、5为竖向伺服振动液压缸、6为振动平台、7为纵向伺服振动液压缸、8为横向伺服振动液压缸、9为复合挡板、91为锈钢板、92为橡胶层、10为折页式铰链机构、11为绑扎绳、12为多层相似材料、13为模拟巷道单元、14为模拟地面建筑单元、15为模拟地下空间单元、16为传感器、161为压力传感器、17为恒温气囊。
具体实施方式
[0028]实施方式一：如图1
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4所示，本围岩对矿震响应及其对地上/地下建筑影响的模拟系统，其特征在于：包括基坑1、模拟试验箱2、可编程控制器3、显示器4和存储器（图中未示出），所述基坑1的水平截面呈方形，基坑1底部设有两个竖本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种围岩对矿震响应及其对地上/地下建筑影响的模拟系统，其特征在于：包括基坑、模拟试验箱、可编程控制器、显示器和存储器，所述基坑的水平截面呈方形，基坑底部设有两个竖向伺服振动液压缸，该竖向伺服振动液压缸上设有振动平台，基坑侧壁与振动平台之间分别设有纵向或横向伺服振动液压缸，所有竖向、纵向、横向伺服振动液压缸通过电控液压阀组与配用液压泵相连，电控液压阀组与可编程控制器的控制信号输出端相连，受其控制，可编程控制器与显示器和存储器相连，振动平台上还设有四个复合挡板，每个复合挡板外侧为不锈钢板，不锈钢板内侧面上附有橡胶层，且每个不锈钢板下沿分别通过折页式铰链机构连接在所述振动平台的相邻边上，所述振动平台与其上方的四个复合挡板形成所述模拟试验箱，该模拟试验箱上部还套有绑扎绳，该模拟试验箱内可置入多层相似材料，上述多层相似材料为按照现有技术换算出待模拟煤矿所在区域的地层各层相对应的相似材料，上述多层相似材料的相应位置分别设有模拟巷道单元、模拟地面建筑单元、模拟地下空...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海全，张广超，孟祥军，谢华东，惠凡光，尹茂胜，闫宪洋，李振国，李海周，李萍，王磊，李培健，张泉，韩宁宁，
申请(专利权)人：兖矿能源集团股份有限公司，
类型：新型
国别省市：