本发明专利技术公开了一种相似模拟实验装置和方法，所述相似模拟实验装置包括实验台、相似模型、加压组件和传力组件，相似模型设置于试验台内，相似模型包括自上而下顺次排布的第一模拟岩体、开挖层和第二模拟岩体，加压组件连接于实验台，加压组件有四个，四个加压组件相互独立，第一个加压组件位于相似模型的上方，其余三个加压组件分别位于相似模型的左侧、下方和右侧，传力组件包括柔性件和多个刚性件，柔性件位于第一个加压组件和刚性件之间，刚性件的下端与相似模型的上端相抵，多个刚性件沿左右方向顺次排布，相邻两个刚性件可转动连接。本发明专利技术通过加压组件和传力组件的设置，更准确的模拟现场真实应力环境，并实现模型均匀缓慢加载。加载。加载。
【技术实现步骤摘要】
相似模拟实验装置及方法
[0001]本专利技术属于煤矿相似模拟实验
，尤其涉及一种相似模拟实验装置及方法。
技术介绍
[0002]相似模拟作为采矿工程模拟覆岩垮落和巷道变形的重要物理手段，能够近似模拟采矿工程中难以观察的现象和过程，具有其它试验手段难以代替的优越性。但在真实的试验过程中还存在诸多问题：
[0003]1、相比一般的回采巷道，沿空巷道由于其结构和空间位置的特殊性，受力与变形全过程均与采动应力的演化紧密联系，相似试验中除了考虑巷道本身在模型中的尺寸外，还要考虑工作面接近真实尺度下采动空间的同步模拟。在满足巷道空间具有一定尺寸的条件下，按照相应的比例尺换算工作面开挖空间尺寸后，现有的大部分相似模拟实验装置一般难以满足要求。因此，要求相似模拟实验装置必须具有较大的尺寸。且一般的平面相似模拟实验装置只能通过堆积顶部配重块的方式实现垂直应力加载，这种加载方式一方面加载能力有限，无法模拟深井高应力条件；另一方面由于加载方式的限制，难以准确模拟现场的真实应力环境，基本只能模拟顶板垮落的基本形态，底鼓现象难以模拟。
[0004]2、为了减小液压控制系统操作的复杂性，相似模拟实验装置的同一侧加压油缸之间一般采用油路串联方式。受到油缸之间油路阻力等多种因素影响，往往会引起油缸加载不同步，造成模型加载过程出现局部应力集中和不均匀加载，甚至在应力突变过程中引起相似模型局部破坏，严重影响试验进程和结果的准确性。反之，如果设计更加复杂的液压油路与精准控制系统，则会大量增加试验成本和投入。
[0005]3、厚煤层开挖尤其是模型相似比例大于1:200时，模型中煤层的实际开挖范围较大。当模型厚度较大时，手动开挖方式往往会面临开挖距离和范围更加难以准确控制，且在煤层对应的正面可视化窗口部分由于开挖后煤粉残留和采出不彻底，导致观察效果不佳。
[0006]4、模型高应力环境下实现工作面开挖，尤其是厚煤层开采，如果在模型背面开挖后不及时进行二次封闭，较大开挖范围和垮落高度使得垮落后的顶板通过暴露空间滑落到模型外，难以完整保留垮落后的破断顶板，影响顶板垮落的整体结构，甚至大概率会造成试验失败。
[0007]5、相似模型在较高的加载应力下必须在前后面通过高强度护板实现模型的封闭，控制泊松效应引起的模型非加载面“膨胀”，避免模型整体剪切破坏导致模型破坏，甚至实验失败。因此，模型表面可观察的范围受到严重限制，影响了试验全过程的大面积可视化同步观测。
技术实现思路
[0008]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种相似模拟实验装置及方法，所述相似模拟实验装置通过四个独立的加压组
件，更准确的模拟现场真实应力环境，并通过传力组件的设置，有效缓冲了因加载不同步造成的应力集中并使缓冲后的载荷通过相互铰接的刚性件结构均匀传递至模型顶部，实现模型均匀缓慢加载。
[0009]本专利技术第二方面实施例还提出了一种相似模拟实验方法。
[0010]本专利技术实施例的一种相似模拟实验装置包括实验台、相似模型、加压组件和传力组件，所述相似模型设置于所述试验台内，所述相似模型包括第一模拟岩体、开挖层和第二模拟岩体，所述第一模拟岩体、所述开挖层和所述第二模拟岩体自上而下顺次排布，所述加压组件连接于所述实验台，所述加压组件有四个，四个所述加压组件相互独立，第一个所述加压组件位于所述相似模型的上方，第二个所述加压组件位于所述相似模型的下方，第三个所述加压组件位于所述相似模型的左侧，第四个所述加压组件位于所述相似模型的右侧，所述传力组件包括柔性件和刚性件，所述柔性件位于所述第一个加压组件和所述刚性件之间，所述柔性件的上端与所述第一个加压组件相抵，所述柔性件的下端与所述刚性件的上端相抵，所述刚性件的下端与所述相似模型的上端相抵，所述刚性件有多个，多个所述刚性件沿左右方向顺次排布，相邻两个所述刚性件可转动连接。
[0011]本专利技术实施例的相似模拟实验装置通过四个独立的加压组件，更准确的模拟现场真实应力环境，并通过传力组件的设置，有效缓冲了因加载不同步造成的应力集中并使缓冲后的载荷通过相互铰接的刚性件结构均匀传递至模型顶部，实现模型均匀缓慢加载。
[0012]在一些实施例中，所述开挖层包括第一木块、煤粉和第二木块，所述第一木块的上端与所述第一模拟岩体的下端接触，所述煤粉充填于所述第一木块和所述第二木块之间，所述第二木块的下端与所述第二模拟岩体的上端接触，所述第一木块和所述第二木块均有多个，多个所述第一木块沿第一方向顺次排布，且相邻两个所述第一木块相接触，多个所述第二木块与多个所述第一木块一一对应，所述第二木块位于对应的所述第一木块的下方。
[0013]在一些实施例中，本专利技术实施例的相似模拟实验装置还包括多个挡板，所述实验台上开设有位于所述实验台后端面上的第一开口，所述开挖层在所述实验台后端面上的投影位于所述第一开口在所述实验台后端面上的投影内，多个所述挡板均可拆卸连接于所述实验台并封堵于所述第一开口，且多个所述挡板沿第一方向顺次排布。
[0014]在一些实施例中，本专利技术实施例的相似模拟实验装置还包括透明板，所述实验台上开设有位于所述实验台前端面上的第二开口，所述透明板连接于所述实验台并封堵于所述第二开口。
[0015]在一些实施例中，本专利技术实施例的相似模拟实验装置还包括多个挡杆和多组弹性垫片，多个所述挡杆均连接于所述实验台并位于所述透明板前侧，且多个所述挡杆沿第二方向间隔分布，多组所述弹性垫片与多个所述挡杆一一对应，每一组所述弹性垫片均连接于对应的所述挡杆，所述每一组弹性组件包括多个弹性垫片，多个所述弹性垫片沿对应的所述挡杆的长度方向间隔分布，所述弹性垫片与所述透明板相抵。
[0016]在一些实施例中，所述透明板上设有参考坐标系，所述相似模型上设有与所述参考坐标系相对应的图像识别特征点。
[0017]在一些实施例中，所述实验台包括顶部反力框架、底部反力框架、左侧反力框架、右侧反力框架、前护板和后护板，所述顶部反力框架、所述左侧反力框架、所述底部反力框架和所述右侧反力框架依次首尾相连，所述前护板位于所述左侧反力框架和右侧反力框架
前侧，且所述前护板的左右两端分别与所述左侧反力框架和所述右侧反力框架相连，所述前护板有多个，多个所述前护板在上下方向上间隔分布，所述后护板位于所述左侧反力框架和右侧反力框架后侧，且所述后护板的左右两端分别与所述左侧反力框架和所述右侧反力框架相连，所述后护板有多个，多个所述后护板在上下方向上间隔分布。
[0018]在一些实施例中，所述加压组件包括多个加载油缸和多个刚性板，多个所述加载油缸沿所述相似模型的周向间隔分布，多个所述刚性板和多个所述加载油缸一一对应，所述刚性板连接于对应的所述加载油缸，且所述刚性板位于所述相似模型和对应的所述加载油缸之间。
[0019]本专利技术实施例的相似模拟实验方法包括：
[0020]提供一如上述任一项实施例所述的相似模拟试验装置，根据所述实验台的尺寸确定所述相似模型的相似比本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种相似模拟实验装置，其特征在于，包括：实验台，相似模型，所述相似模型设置于所述试验台内，所述相似模型包括第一模拟岩体、开挖层和第二模拟岩体，所述第一模拟岩体、所述开挖层和所述第二模拟岩体自上而下顺次排布；加压组件，所述加压组件连接于所述实验台，所述加压组件有四个，四个所述加压组件相互独立，第一个所述加压组件位于所述相似模型的上方，第二个所述加压组件位于所述相似模型的下方，第三个所述加压组件位于所述相似模型的左侧，第四个所述加压组件位于所述相似模型的右侧；传力组件，所述传力组件包括柔性件和刚性件，所述柔性件位于所述第一个加压组件和所述刚性件之间，所述柔性件的上端与所述第一个加压组件相抵，所述柔性件的下端与所述刚性件的上端相抵，所述刚性件的下端与所述相似模型的上端相抵，所述刚性件有多个，多个所述刚性件沿左右方向顺次排布，相邻两个所述刚性件可转动连接。2.根据权利要求1所述的相似模拟实验装置，其特征在于，所述开挖层包括第一木块、煤粉和第二木块，所述第一木块的上端与所述第一模拟岩体的下端接触，所述煤粉充填于所述第一木块和所述第二木块之间，所述第二木块的下端与所述第二模拟岩体的上端接触，所述第一木块和所述第二木块均有多个，多个所述第一木块沿第一方向顺次排布，且相邻两个所述第一木块相接触，多个所述第二木块与多个所述第一木块一一对应，所述第二木块位于对应的所述第一木块的下方。3.根据权利要求2所述的相似模拟实验装置，其特征在于，还包括多个挡板，所述实验台上开设有位于所述实验台后端面上的第一开口，所述开挖层在所述实验台后端面上的投影位于所述第一开口在所述实验台后端面上的投影内，多个所述挡板均可拆卸连接于所述实验台并封堵于所述第一开口，且多个所述挡板沿第一方向顺次排布。4.根据权利要求1所述的相似模拟实验装置，其特征在于，还包括透明板，所述实验台上开设有位于所述实验台前端面上的第二开口，所述透明板连接于所述实验台并封堵于所述第二开口。5.根据权利要求4所述的相似模拟实验装置，其特征在于，还包括多个挡杆和多组弹性垫片，多个所述挡杆均连接于所述实验台并位于所述透明板前侧，且多个所述挡杆沿第二方向间隔分布，多组所述弹性垫片与多个所述挡杆一一对应，每一组所述弹性垫片均连接于对应的所述挡杆，所述每一组弹性组件包括多个弹性垫片，多个所述弹性垫片沿对应的所述挡杆的长度方向间隔分布，所述弹性垫片与所述透明板相抵。6.根据权利要求4所述的相似模拟实验装置，其特征在于，所述透明板上设有参考坐标系，所述相似模型上设有与所...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨鸿智，侯彪，鞠文君，张镇，
申请(专利权)人：煤炭科学研究总院，
类型：发明
国别省市：
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