[發明專利]多角度傾斜巖層巷道支護相似模擬試驗裝置及試驗方法

在審

• 申請號: 201810587973.8
• 申請日: 2018-06-07
• 公開（公告）號: CN108760370A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 譚云亮;高學鵬;趙同彬;于鳳海;邢名錄;尹延春;李剛
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 段毅凡

本發明公開了一種多角度傾斜巖層巷道支護相似模擬試驗裝置及試驗方法，包括底座，其還包括：旋轉架，一端與所述底座的一端相鉸接，其另一端與所述底座的另一端通過角度調節機構相連接，所述角度調節機構用于調節所述旋轉架相對于所述底座的旋轉角度；框模，放置在所述旋轉架上，所述框模內部鋪設有煤巖層相似材料；錨桿支護巷道殼體，固定在所述框模的側壁上，且位于所述煤巖層相似材料的內部；加載單元，用于對所述煤巖層相似材料施加載荷；數據監測單元，用于采集所述煤巖層相似材料的實驗數據。本發明能適用于不同巷道支護方案的模擬，并且能實現煤巖層相似材料中各巖層之間傾角的差異化調節。

技術領域

本發明涉及礦山支護試驗領域，特別是涉及一種錨桿支護巷道相似模擬試驗裝置及試驗方法。

背景技術

巷道是井工煤礦開采的必要通道，據統計，我國煤礦每年新掘進巷道總長達12000km，巷道支護工程規模巨大，對煤礦安全、產量與效益有顯著影響。錨桿支護技術通過對掘進后的巷道圍巖中打眼，再將錨桿插入眼孔，充分利用圍巖自身強度來穩定圍巖。錨桿支護技術能夠有效地控制圍巖變形與破壞，改善圍巖應力狀態，國內外大量巖土工程實踐證明，影響錨桿支護效果因素有很多，其中巖體層理結構與物理力學性質是重要影響因素。目前，隨著井工煤礦開采深度、開采范圍與開采強度增加，盆地、斷層、褶曲、及侵蝕等地質條件層出不窮，巷道錨桿支護難度增加，面臨著煤層傾斜角度過大以及圍巖巖層之間的傾斜角度差異問題，更容易出現巷道片幫和冒頂等事故。因此如果利用相似模擬試驗通過結合現場工程地質條件對巷道支護效果進行模擬，通過模擬結果，得到最佳錨固參數，利用模擬出的最佳錨固參數反推出現場錨固方案，從而為錨桿支護方案設計及優化提供試驗依據。

中國專利申請號201310024637X公開了一種錨桿支護錨固施工仿真綜合試驗裝置，該裝置雖然是一個可以模擬三維狀態下巷道錨桿支護的試驗裝置，但是模擬錨桿支護時，不但忽略了煤層的傾角變化，更忽略了各巖層之間傾角差，只能模擬固定傾角煤層的錨桿支護，這是一種理想狀態的模擬，可作為教學試驗裝置為學生演示錨桿如何支護巷道，但是由于脫離實際，對煤礦施工指導價值不足。中國專利申請號201720199180.X提供了一種用于巷道圍巖支護與變形的相似模擬材料實驗裝置，該專利通過在水平方向對相似材料施加力進行模擬側向應力對煤礦采動損害的影響，但一是無法精確監測巷道支護錨桿受力變化及巷道圍巖變形情況，二是無法用在傾斜角度較大的巷道頂部巖層中。申請號為CN201410483291.4的發明專利提供了一種大型巷道支護實驗室模擬系統，采用電鉆機對巷道鉆孔并安裝錨桿，在側壓及軸壓加載作用下，采用聲發射方法對支護效果進行監測，但錨桿在安裝過程中與圍巖粘結性較差，容易造成錨桿脫落，影響巷道支護效果，同時也無法模擬傾斜角度較大的巷道頂部巖層支護效果。

為了使模擬更加與現場相符，中國專利申請號為201510011652.X的發明專利提供了一種傾斜巖層物理相似模擬裝置，采用橫梁懸吊與底架千斤頂支撐方式對可傾斜機架角度的調節，從而適應巖層的傾斜，但未涉及各巖層之間傾角差異化調節；中國專利申請號為201620679270.4的實用新型專利提供了一種傾角可調式急傾斜煤層開采模擬實驗架，從它【0047】段記載的內容看出，在實際應用中它通過在試驗架下墊不同高度墊塊實現煤巖層角度調節，這種調節方式是一種粗略的方式，不易實現角度的精確控制，無法模擬現場的狀況；另外，在該文獻【0042】段記載的內容看出，模擬實驗的時候，它要求上下巖層與煤層平行設置，這說明它忽略了巖層之間的傾角差異。中國專利申請號為201510689917.1的發明專利提供了一種可模擬傾斜巖層的全自動相似模擬試驗裝置，相似材料鋪設及試驗加載等過程均由控制系統控制，能夠模擬傾斜巖層的開挖，但巖層可調節角度范圍較小，在模擬大傾角巖層時存在困難。除此之外，上述專利均未涉及巷道錨桿支護。

綜上所述，如何改進現有錨桿支護巷道相似模擬裝置，能差異化調節各巖層之間傾角，實現室內試驗模擬過程中錨桿受力的精確監測，滿足道錨桿支護室內研究的需要，成為亟待解決的問題。

發明內容