[發明專利]采空區管道模擬裝置、使用方法及制造方法

在審

• 申請號: 202010136637.9
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN113418724A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 韓冰;付強;侯韓芳;王春艷;于帆;張欣亮
• 申請（專利權）人: 中國標準化研究院
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;G01M13/00;G01N33/24
• 代理公司: 北京三高永信知識產權代理有限責任公司 11138
• 代理人: 邢少真

本申請公開了一種采空區模擬實驗裝置、使用方法及制造方法，屬于模擬實驗技術領域。該采空區模擬實驗裝置包括實驗箱、塌陷控制設備、模擬管道、離心機和數據采集裝置；實驗箱懸掛在離心機上，實驗箱的內部設置有采空區，塌陷控制設備位于采空區的內部且與離心機連接，實驗箱用于模擬采空區所處環境，離心機用于為實驗箱和塌陷控制設備提供動力，以控制實驗箱內的采空區進行塌陷模擬；模擬管道埋在實驗箱內的沙土中，且位于采空區的正上方，數據采集裝置設置在模擬管道外壁，模擬管道用于模擬通過采空區的實體管道，數據采集裝置用于采集采空區塌陷過程中模擬管道的受力情況。本申請通過模擬實驗還原了實體管道形變過程，提高了管道研究準確性。

技術領域

本申請涉及模擬實驗技術領域，特別涉及一種采空區管道模擬裝置、使用方法及制造方法。

背景技術

隨著長距離輸油或輸氣等埋地管道總里程、管網密度的大幅提升，管道不可避免地要通過一些礦山的采空區。采空區是指地下礦層被開采后形成的空間，由于采空區可能會因重力發生塌陷，通過采空區地段的管道可能會因采空區的塌陷發生彎曲變形、懸空、折斷等情況，嚴重時可能會引發爆裂等災害事故，對管道的安全運營構成隱患。因此，為了減少這些隱患帶來的威脅，通常需要對埋在采空區的管道進行研究。

目前，對埋在采空區的管道進行模擬研究的方式主要包括對采空區管道力學特性進行研究的物理模擬實驗方法、采用現場實測的方法對采空區的管道進行研究。

但是，在通過對采空區管道力學特性進行研究的物理模擬實驗方法對采空區的管道進行研究時，通常是在常應力狀態下通過小型物理模型進行試驗研究。由于小型物理模型無法真實再現土體的真實應力狀態以及采空區塌陷的時間跨度，導致試驗結果和真實土體沉陷及管土相互作用情況相比存在較大差別，導致研究結果不準確。在通過現場實測的方式對采空區的管道進行研究時，需要在現場建立試驗監測段，費時費力、周期長，且費用高。

發明內容

本申請提供了一種采空區管道模擬裝置、使用方法及制造方法，可以解決相關技術中采空區塌陷模擬結果不準確，且費時費力、周期長的問題。所述技術方案如下：

一方面，提供了一種采空區模擬實驗裝置，所述采空區模擬實驗裝置包括實驗箱、塌陷控制設備、模擬管道、離心機和數據采集裝置；

所述實驗箱懸掛在所述離心機上，所述實驗箱的內部設置有采空區，所述塌陷控制設備位于所述采空區的內部且與所述離心機連接，所述實驗箱用于模擬采空區所處環境，所述離心機用于為所述實驗箱和所述塌陷控制設備提供動力，以控制所述實驗箱內的采空區進行塌陷模擬；

所述模擬管道埋在所述實驗箱內的沙土中，且位于所述采空區的正上方，所述數據采集裝置設置在所述模擬管道外壁，所述模擬管道用于模擬通過所述采空區的實體管道，所述數據采集裝置用于采集所述采空區塌陷過程中所述模擬管道的受力情況。

在一些實施例中，所述塌陷控制設備包括隔離板和升降裝置；

所述隔離板位于所述采空區的正上方，所述隔離板用于隔離所述采空區與所述采空區上方的沙土；

所述升降裝置位于所述采空區的內部且與所述離心機連接，所述升降裝置用于在所述離心機提供的動力下控制所述隔離板升降，以進行采空區的塌陷模擬。

在一些實施例中，所述離心機包括懸梁臂和油泵裝置；

所述實驗箱懸掛在所述懸梁臂上，所述油泵裝置與所述塌陷控制設備連接，所述懸梁臂用于在旋轉時為所述實驗箱提供動力，所述油泵裝置用于為所述塌陷控制設備提供動力。

在一些實施例中，所述升降裝置為液壓升降柱或液壓千斤頂，所述油泵裝置包括液壓油泵和輸油管；

所述輸油管的一端與所述液壓油泵連接，所述輸油管的另一端與所述液壓升降柱或液壓千斤頂連接，所述液壓油泵用于通過所述輸油管對所述液壓升降柱或液壓千斤頂提供升降動力。