【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于矿井建设领域，具体涉及一种优化填充沥青井壁可缩性接头相似模型与实验方法。
技术介绍
1、煤矿矿井的安全与稳定一直是工程关键问题之一。多个地区煤矿采矿区发生的煤矿井筒破裂事故多为冻结法施工的井筒，现有研究成果表明，主要的原因在于矿井建设和生产的持续进行，表土含水层的水位不断下降，促进了井壁周围冻土的融化，导致地层发生融化和固结沉降，进而使得立井井壁承受相当大的竖向附加力。当竖向荷载加大到超过井壁的极限承载力时，井壁便会发生破裂现象。而在过去的矿井建设中未曾考虑到这一地层竖向附加力问题。
2、近年来，为应对日益严重的能源短缺问题，新井建设进展迅速，而其中大多数新建矿井穿越了深厚的表土层。然而，如果在矿井井壁设计中忽略上述问题，将难以确保立井井筒在未来的生产运营期间的安全性能，这就需要在矿井井壁设计中给予更充分考虑。表土层常常包含着松散的土壤以及易受侵蚀的地质构造，这些因素都增加了矿井井筒的风险和不稳定性。如果忽略这些问题，立井井筒的安全性能将难以得到有效保障。
3、在矿井井壁结构设计中，除考虑地层水平方向的水、土侧压力之外，还需要着重考虑地层沉降引起的竖向附加力，井壁的竖向承载能力是确保井壁是否破裂的重要因素。为了减少或避免由于竖向附加力作用而引起的井壁破坏，可以采取两种对策：一是采用横向“抗”的方式，即增加井壁厚度或提高混凝土强度等级；二是采用竖向“让”的方式，在井壁竖向适当位置设置可缩性接头。当作用在井壁上的竖向附加力达到一定值时，可缩性接头会发生压缩变形，从而释放井壁内积聚的竖向应力，从而
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种优化填充沥青井壁可缩性接头相似模型与实验方法，来检验出该井壁的竖向承载能力，解决了现有技术中的问题。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种优化填充沥青井壁可缩性接头相似模型，包括由前立板、后立板、左立板和右立板围成的矩形箱体，矩形箱体上下两端分别固定有上法兰板和下法兰板来进行密封；其中前立板上开设有注浆孔，注浆孔位置固定有上部注浆管；通过上部注浆管来填充沥青。
4、进一步地，所述上部注浆管的上方设置有弧形漏斗，弧形漏斗的下端部插入上部注浆管中。
5、进一步地，所述上部注浆管的上端面与上法兰板的下端面齐平。
6、进一步地，所述前立板、后立板、左立板和右立板之间通过焊接的方式固定成矩形箱体，并且上法兰板和下法兰板均通过焊接的方式与矩形箱体密封固定；上部注浆管也通过焊接的方式与所述注浆孔密封固定。
7、进一步地，所述前立板、后立板、左立板和右立板、法兰板、下法兰板以及上部注浆管均采用q-235材质。
8、上述的一种优化填充沥青井壁可缩性接头相似模型的实验装置，包括用于对所述相似模型施压竖向载荷的液压装置、粘贴在相似模型上的应变片、控制液压装置运行的液压控制系统、用于采集应变片上产生的竖向载荷数据的竖向载荷采集系统以及用于采集应所述相似模型上的竖向应变数据变数据采集系统。
9、一种优化填充沥青井壁可缩性接头相似模型的实验方法，使用上述实验装置，包括以下步骤：
10、步骤1，制作多个所述相似模型；
11、步骤2，将固体沥青高温烧制成熔浆，并将相似模型加热至200℃易于注浆时内部气体的流出，熔浆静止冷却后沿着上部注入管灌入至多个相似模型内部，待沥青在其内部固化冷却；其中部分相似模型填充沥青至堵塞上部注浆管，部分相似模型填充沥青至未堵塞上部注浆管；
12、步骤3，对于沥青填充至堵塞上部注浆管的相似模型，利用浆液将上部注浆管堵塞；
13、步骤4，将所制作的多个相似模型的立板表面进行打磨光滑，并贴上应变片，并与应变数据采集装置相连接，放置在液压装置实验加载处；
14、步骤5，使用液压装置，调整放置的相似模型距压力机上端高度，调整液压装置的加载速率；然后开始让压力机缓慢加压，直至相似模型加载破坏，停止加压缓慢卸压；
15、步骤6，利用竖向载荷采集系统、应变数据采集系统来收集所需要的竖向载荷数据和竖向应变数据，并将操作平台下降，取出被压坏的模型，实验结束；
16、步骤7，重复步骤1～6，完成所有填充完沥青的相似模型加载并收集数据。
17、进一步地，步骤2中，沥青为号甲级沥青。
18、进一步地，步骤3中，所述浆液由石英砂、42.5号水泥与水混合而成。
19、本专利技术的有益效果：
20、1、本专利技术提供一种优化的填充沥青井壁可缩性接头相似模型，设计模型主要根据具体工程概况的矿井井壁的参数，通过利用相似理论确定几何相似条件、面力相似条件和物理相似条件来确定主要参量的相似比，设计出合理检验该实际矿井的井壁相似模型，并通过模型上下注浆口来将沥青填充到接头模型内部，所述的模型方案相比于环形的井壁模型制作工艺更为简单、直观，且易于填满沥青于模型中，节省时间、财力和物力；
21、2、本专利技术还提供井壁模型填充沥青和测试竖向承载能力试验的具体步骤，确保井壁相似模型可以满足具体施工要求及工程实际需求，为可缩性井壁结构在具体的工程中提供安全可靠的数据支持，有效防止事故的发生。具有较高的施工实用性，满足工程实际需要，施工质量控制方便，具有较大的推广应用价值，可效仿模拟不同煤矿立井井筒中设立的可缩性井壁结构进行可视化实验。
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1.一种优化填充沥青井壁可缩性接头相似模型，其特征在于，包括由前立板(2)、后立板(3)、左立板(6)和右立板(7)围成的矩形箱体，矩形箱体上下两端分别固定有上法兰板(4)和下法兰板(5)来进行密封；其中前立板(2)上开设有注浆孔，注浆孔位置固定有上部注浆管(1)；通过上部注浆管(1)来填充沥青。
2.根据权利要求1所述的一种优化填充沥青井壁可缩性接头相似模型，其特征在于，所述上部注浆管(1)的上方设置有弧形漏斗(8)，弧形漏斗(8)的下端部插入上部注浆管(1)中。
3.根据权利要求1所述的一种优化填充沥青井壁可缩性接头相似模型，其特征在于，所述上部注浆管(1)的上端面与上法兰板(4)的下端面齐平。
4.根据权利要求1所述的一种优化填充沥青井壁可缩性接头相似模型，其特征在于，所述前立板(2)、后立板(3)、左立板(6)和右立板(7)之间通过焊接的方式固定成矩形箱体，并且上法兰板(4)和下法兰板(5)均通过焊接的方式与矩形箱体密封固定；上部注浆管(1)也通过焊接的方式与所述注浆孔密封固定。
5.根据权利要求1所述的一种优化填充沥青井壁
6.权利要求1-5任一项所述的一种优化填充沥青井壁可缩性接头相似模型的实验装置，其特征在于，包括用于对所述相似模型施压竖向载荷的液压装置(9)、粘贴在相似模型(13)上的应变片(14)、控制液压装置运行的液压控制系统(10)、用于采集应变片(14)上产生的竖向载荷数据的竖向载荷采集系统(11)以及用于采集应所述相似模型上的竖向应变数据变数据采集系统(12)。
7.一种优化填充沥青井壁可缩性接头相似模型的实验方法，使用权利要求6所述的实验装置，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种优化填充沥青井壁可缩性接头相似模型的实验方法，其特征在于，步骤2中，沥青为100号甲级沥青。
9.根据权利要求7所述的一种优化填充沥青井壁可缩性接头相似模型的实验方法，其特征在于，步骤3中，所述浆液由石英砂、42.5号水泥与水混合而成。
...【技术特征摘要】
1.一种优化填充沥青井壁可缩性接头相似模型，其特征在于，包括由前立板(2)、后立板(3)、左立板(6)和右立板(7)围成的矩形箱体，矩形箱体上下两端分别固定有上法兰板(4)和下法兰板(5)来进行密封；其中前立板(2)上开设有注浆孔，注浆孔位置固定有上部注浆管(1)；通过上部注浆管(1)来填充沥青。
2.根据权利要求1所述的一种优化填充沥青井壁可缩性接头相似模型，其特征在于，所述上部注浆管(1)的上方设置有弧形漏斗(8)，弧形漏斗(8)的下端部插入上部注浆管(1)中。
3.根据权利要求1所述的一种优化填充沥青井壁可缩性接头相似模型，其特征在于，所述上部注浆管(1)的上端面与上法兰板(4)的下端面齐平。
4.根据权利要求1所述的一种优化填充沥青井壁可缩性接头相似模型，其特征在于，所述前立板(2)、后立板(3)、左立板(6)和右立板(7)之间通过焊接的方式固定成矩形箱体，并且上法兰板(4)和下法兰板(5)均通过焊接的方式与矩形箱体密封固定；上部注浆管(1)也通过焊接的方式与所述注浆孔密封固定。
5.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：许华桥，荣传新，张杰，王镇森，冯吉昊，吴冬，常磊，屠卓，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：
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