[發明專利]深立井馬頭門三維物理模型實驗裝置與方法

有效

• 申請號: 201410538234.1
• 申請日: 2014-10-13
• 公開（公告）號: CN104330297A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 榮傳新;程樺;榮雋鋒;姚直書;王曉健;蔡海兵;黎明鏡;宋海清;鄭騰龍
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 劉春成;張向琨

1.一種深立井馬頭門三維物理模型實驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，根據原型和模型結構剛度相等原則，制作井筒及馬頭門模型以模擬該處的噴射混凝土結構，以及制作巖體材料模型以模擬井筒及馬頭門開挖處的巖體材料；

步驟二，根據荷載相似常數配制圍巖相似材料；

步驟三，在井筒和馬頭門模型中裝入巖體材料模型，將井筒及馬頭門模型放入高強度實驗箱中；

步驟四，在井筒及馬頭門模型周圍布設多根光纖傳感器，以測量開挖過程中井筒及馬頭門圍巖的變形；

在井筒及馬頭門模型的圍巖內布設多條電法測線，以測量開挖過程中井筒及馬頭門圍巖松動圈范圍；

在井筒及馬頭門模型的馬頭門周圍布設多個電阻式應變傳感器，以測量馬頭門開挖過程中的圍巖應力變化；

步驟五，在高強實驗箱中填滿圍巖相似材料后，放置實驗箱上蓋，在上蓋上方安裝油缸和反力架；

步驟六，拽出井筒及馬頭門模型中的巖體材料模型，以模擬井筒和馬頭門開挖過程，采用光纖傳感器、電法測線、應變傳感器和應變片，檢測煤礦深立井馬頭門及連接硐室群在開挖過程中的應力場、位移場和松動范圍變化規律；

步驟七，保持油缸壓力一設定時間，每間隔一段時間采集一次數據。

2.根據權利要求1所述的深立井馬頭門三維物理模型實驗方法，其特征在于，在步驟一中，采用白鐵皮制成井筒及馬頭門模型模擬該處的噴射混凝土結構，用木塊制成井筒及馬頭門開挖處的巖體材料模型。

3.根據權利要求1所述的深立井馬頭門三維物理模型實驗方法，其特征在于，在步驟二中，所述圍巖相似材料包括砂子、石膏、石灰。

4.根據權利要求3所述的深立井馬頭門三維物理模型實驗方法，其特征在于，在所述圍巖相似材料中，砂子、石膏、石灰的配合比為2～5：0.6：0.4。

5.根據權利要求1所述的深立井馬頭門三維物理模型實驗方法，其特征在于，在步驟四中，共布設17根光纖傳感器，其中，豎向依次布設8根，橫向依次布設5根，水平向依次布設4根；

電法測線為5根，其中4根自井筒及馬頭門模型的馬頭門位置向東南西北四個方向向上呈發射狀延伸，另一根為水平表面線；

電阻式應變傳感器包括14個條帶式應變傳感器和28片應變片，條帶式應變傳感器位于馬頭門上下兩側，部分應變片對應井筒環向和馬頭門走向，部分應變片分別對應井筒豎向和馬頭門環向。

6.根據權利要求1所述的深立井馬頭門三維物理模型實驗方法，其特征在于，在步驟六中，巖體材料模型為多段，并且先開挖井筒，再沿馬頭門南北方向分別開挖部分段高之后，再分別從兩邊開挖馬頭門剩余段高，同時采集數據。

7.一種深立井馬頭門三維物理模型實驗裝置，其特征在于，包括：

實驗箱，包括箱體和上蓋，用于放置井筒及馬頭門模型和填充圍巖相似材料；

光纖測試系統，包括多根光纖和與多根所述光纖連接的光纖數據讀取模塊，多根所述光纖設于所述實驗箱中，以測量開挖過程中井筒及馬頭門圍巖的變形；

電法測試系統，包括多根電法測線和與多根所述電法測線連接的測線數據讀取模塊，以測量井筒及馬頭門模型圍巖的松動；

電阻式應變傳感器測試系統，包括多個電阻式應變傳感器和與多個所述電阻式應變傳感器連接的電阻數據讀取模塊，以測量馬頭門開挖過程中的圍巖應力變化；

加載系統，包括液壓缸、反力架和液壓控制模塊，所述液壓缸與所述液壓控制模塊連接，所述液壓缸豎直地設于所述實驗箱的上蓋和所述反力架之間。

8.根據權利要求7所述的深立井馬頭門三維物理模型實驗裝置，其特征在于，所述反力架包括壓板、螺柱，所述壓板位于所述實驗箱的上蓋上方，所述螺柱下端固定，所述螺柱的上端通過多個螺母和所述壓板固定連接。

9.根據權利要求8所述的深立井馬頭門三維物理模型實驗裝置，其特征在于，所述壓板呈十字形，所述螺柱為四個，四個所述螺柱分別與所述壓板的四邊固定連接。

10.根據權利要求8所述的深立井馬頭門三維物理模型實驗裝置，其特征在于，所述反力架還包括蓋板，所述蓋板呈矩形，所述蓋板位于所述壓板下方，所述液壓缸的活塞桿自由端直接抵頂在所述蓋板的下方。