[發明專利]三向加載三維相似模擬試驗開挖系統用開挖裝置

有效

• 申請號: 201611018784.6
• 申請日: 2016-11-15
• 公開（公告）號: CN106644541B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 尹光志;尚德磊;許江;魯俊;張東明;王維忠
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所(普通合伙) 50211
• 代理人: 孔祥超

本發明公開了一種三向加載三維相似模擬試驗開挖系統用開挖裝置，包括設在長條形開挖機架上的可往返移動的開挖頭，開挖頭設有用于對試件形成旋轉切割的切割刀盤，切割刀盤懸伸在開挖機架前端，切割刀盤的下母線位于開挖機架的底平面內，切割刀盤的上母線不低于開挖機架的頂面，開挖機架兩端設有開挖頭位置檢測的位置檢測裝置。優選，開挖頭上固定連接集塵罩，集塵罩位于所述切割刀盤切割行進方向的后側，集塵罩用于通過集塵管道與工業吸塵器連接。本發明的有益效果是，開挖系統結構簡單，且能夠方便、可靠的應用于三向加載條件下地下空間模擬開挖試驗，以使試驗過程及效果直觀、也更接近于現場。

技術領域

本發明涉及一種礦巖模擬開挖技術，特別是涉及一種三向加載三維相似模擬試驗開挖系統用開挖裝置。

背景技術

相似模擬試驗是以相似理論、因次分析為理論依據的實驗室研究方法，可有效解決地下空間開發活動中礦山壓力、圍巖變形與移動規律、覆巖破斷等研究課題。以其實驗效果直觀的優點而廣泛應用于水利、采礦、鐵路等部門。盡管相似模擬實驗在工程研究領的應用廣泛，然而，在眾多礦山壓力、覆巖移動破斷規律方面的模擬試驗多集中在平面模型，這與現場巖層所處的三向應力狀態有一定差異。

礦層開采過程中，上覆巖層的破斷及其應力分布是一個動態變化的過程，隨著工作面的推進，工作面前方發生應力重新分布。在此過程中，圍巖產生變形、移動、破壞，覆巖峰值應力也會隨工作面推進向前轉移，直至達到新的應力平衡。隨著社會的發展及科技的進步，人類對地下空間的開發利用需求越來越大，然而，地下空間開發過程較地面建造更加復雜，受地質條件影響大。因此，有必要借助三維相似模擬試驗研究和發展針對巷道快速掘進與支護技術。

現有的三維相似模擬試驗系統在一定程度上促進了地下開挖工程的研究，但仍然存在不足之處，最主要的缺點就是不能在試驗過程中對礦層進行大面積的機械化、可視化開采。例如，專利“ZL 201210376520.3三向加載大型三維相似模擬試驗系統”公開了一種三向加載大型三維相似模擬試驗系統，可實現三向不等壓加載，同時可以進行如礦山采場、水電硐室、巖鹽儲氣庫等大尺度空間開挖模擬試驗。該試驗裝備的研制已取得一定突破，然而，為實現試驗過程中實時、可視化空間的機械化開挖就需要一種與之相適應的開挖系統，而構成系統的關鍵之一是需要一種可實現機械開挖的開挖裝置。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種三向加載三維相似模擬試驗開挖系統用開挖裝置，該裝置通過往復移動的旋轉切割刀盤，可方便、可靠的應用于三向加載條件下地下空間模擬機械化開挖試驗，以使試驗過程及效果直觀、更接近于機械化開采的現場。為研究三向加載條件下覆巖應力分布、破斷、采場圍巖隨采場推進過程中應力的動態變化等過程提供了便利。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案。

一種三向加載三維相似模擬試驗開挖系統用開挖裝置，包括設在長條形開挖機架上的可往返移動的開挖頭，開挖頭設有用于對試件形成旋轉切割的切割刀盤，切割刀盤懸伸在開挖機架前端，切割刀盤的下母線位于開挖機架的底平面內，切割刀盤的上母線不低于開挖機架的頂面，開挖機架兩端設有開挖頭位置檢測的位置檢測裝置。

采用前述技術方案的本發明的系統，用于與支護系統、排渣系統連接形成機械化的開挖系統，在將系統設置于試驗箱內模擬試件的初采工作面內，開挖頭對模擬巖層進行沿工作面長度方向的移動式切割，適用于在三向加載試驗條件下的模擬開采，以獲得三向加載條件下模擬開采的試驗數據，在系統上設置攝像頭即可方便的實現可視化的機械化開挖。使用時，只需對現有實現三向加載試驗系統的試驗箱進行相應改造后即可。其結構簡單，使用方便。在切割過程中，切割刀盤一次進刀形成切割進程完成工作面巖壁整個高度方向的切割，巖壁切割后的底面形成初采工作面底面的延伸，頂面形成工作面頂面的延伸，開挖系統頂面位于工作面頂面下方，以確保開挖系統的順利推進。其中，位置檢測裝置用于通過控制系統實現開挖頭的極限位置和往返控制。