[發明專利]一種模擬正逆斷層形成的試驗裝置

在審

• 申請號: 201810445467.5
• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN108444833A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 陳紹杰;李志遠;夏治國;任凱強;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業) 37240
• 代理人: 于洪偉

本發明公開了一種模擬正逆斷層形成的試驗裝置，涉及煤礦地質技術領域，包含有試驗臺架（1）、上部垂直加載裝置（2）、左側加載裝置（3）、右側加載裝置（4）、液壓油囊（5）、承壓鋼板（6）、鋼塊（7）和角度調節裝置（8）。本發明設計了由液壓伺服系統控制的上部垂直加載裝置、左右兩側的加載裝置，實現不同的水平力加載，模擬不同深度的水平應力，U型推板實際對模擬相似地層材料起到水平方向上的密封作用，可獨立或者整體施加載荷，尤其是可以模擬地質構造復雜的區域水平應力，實現水平方向分級加載，更接近于真實效果，在一種設備中實現了模擬正斷層、逆斷層兩種斷層的形成過程。

技術領域

本發明涉及煤礦地質技術領域，具體的說是一種模擬正逆斷層形成的試驗裝置。

背景技術

斷層切割地層而破壞其連續性及完整性，形成斷層帶破碎區，使周圍巖體應力、位移及破壞形態產生較大差異。在斷層尤其是較大斷層附近進行施工時，工程擾動和斷層的疊加作用可能引起斷層附近巖體響應特征遠遠不同于完整巖體，進而誘發工程災害，如采礦工程中的礦震、突水、頂板冒落、沖擊地壓、煤與瓦斯突出等。我國煤炭開采以井工為主，大多在地下施工，不可避免的穿越各種斷層。斷層較大時對采礦工程影響較大，煤礦經濟效益好時采礦工程中常常避開這些斷層，因此較大斷層附近滯留了大量的煤炭資源。在當前國家壓縮產能、煤炭行業大調整的背景下，煤炭企業迫切需要回采這些煤質優良的斷層資源，尤其是華東老礦區不得不依靠回收斷層附近煤炭資源維持礦區社會穩定。而近斷層煤炭資源開采面臨著多種重大災害風險，如突水、頂板冒落、沖擊地壓、煤與瓦斯突出等。這些災害發生的根本原因在于采礦活動破壞了斷層附近巖層的平衡狀態，而認識斷層與采礦工程相互作用下區域巖體的應力、變形、破壞演化規律是防治相關災害的基礎。

通過數值模擬構建的斷層錯動計算模型與真實的斷層錯動往往會有較大偏差，模型試驗能夠更加真實可靠的再現斷層錯動作用下的上覆土體破裂、擴展過程。因此，研究出能夠在實驗室模擬斷層形成過程的試驗裝置，對于斷層對采動應力傳導作用機制、采動應力與斷層相互作用下致災機理以及近斷層煤炭安全開采與災害防治等方面的研究具有重大意義。現階段，斷層錯動模型試驗廣泛開展，但試驗裝置在技術和操作上仍存在著不足：

（1）同一設備只能模擬正斷層或逆斷層的其中一種斷層的形成；

（2）斷層錯動模擬試驗大多數在常重力環境下進行，不能夠準確地模擬不同深度處的斷層錯動活動；

（3）不能模擬不同深度地層所受到的水平應力

（4）試驗裝置在操作過程中，斷層只能沿單一角度進行錯動，無法實現多角度的斷層錯動的模擬；

（5）未考慮斷層產生應力變化及形成后內部應力情況。

發明內容

為解決上述存在的技術問題，本發明提供了一種模擬正逆斷層形成的試驗裝置，在一個試驗裝置內能夠實現正斷層、逆斷層形成的模擬試驗，結構簡單，操作方便，模擬效果真實準確。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：

一種模擬正逆斷層形成的試驗裝置，包含有試驗臺架、上部垂直加載裝置、左側加載裝置、右側加載裝置、液壓油囊、承壓鋼板、鋼塊和角度調節裝置，所述試驗臺架由橫梁、豎向柱和基座組成，所述豎向柱固定于基座的四角，每兩根豎向柱之間固定有橫梁并高度可調，形成高度可調的長方體結構支架，所述上部垂直加載裝置固定設置于橫梁下方，所述左側加載裝置和右側加載裝置分別固定設置于試驗臺架的左側和右側，所述試驗臺架的前后兩個側面分別固定設置透明觀測板，所述左側加載裝置和右側加載裝置液壓缸活塞桿末端分別連接U型推板，所述液壓油囊、角度調節裝置和鋼塊順次緊鄰設置于基座上，所述角度調節裝置的傾斜角度可調，所述承壓鋼板設置于液壓油囊上部，在左右兩側的U型推板及試驗臺架前后兩側的透明觀測板形成的空間內填裝模擬相似地層材料，模擬逆斷層形成試驗時，在模擬相似地層材料填裝前安裝用于起裂和錯動的誘發裝置。