[發明專利]一種巷道底板變形破壞可視化試驗系統及其試驗方法

在審

• 申請號: 202011221957.0
• 申請日: 2020-11-05
• 公開（公告）號: CN112345372A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 時健;孔德森;趙明凱;滕森;張永娟;郭仁亮;鄧美旭;尤春安
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種巷道底板變形破壞可視化試驗系統及其試驗方法，由模擬試驗裝置、壓力試驗機以及光學采集系統組成；試驗裝置為一側可視的立式箱體；試驗前，首先制備好模擬巷道底板巖體的相似材料模型放入立式箱體中，布置加壓板和傳力板，構成試驗裝置；將試驗裝置安放在巖石三軸實驗機上，保證可視化一側朝外；CCD攝像系統對準試驗裝置可視化一側；巖石三軸實驗機以位移模式輸出壓力，同時CCD攝像系統采集記錄試驗過程中相似材料模型的變化情況，利用光學試驗方法得到變形各瞬時的位移場和應變場，本發明為研究底板變形破壞的規律提供依據，可以很好地揭示底板的破壞機制及變形演化規律。

技術領域

本發明涉及采礦工程巷道底板技術領域，尤其涉及一種用于研究煤礦巷道底板變形破壞的可視化試驗裝置。

背景技術

井下開采一直是我國煤炭資源開采的主要途徑，在采掘過程中或受回采的影響，圍巖應力狀態發生變化，使巷道周圍巖體產生變形并向巷道內移動，大量的底板變形會妨礙正常的通風、運輸，甚至影響整個巷道的安全生產，因此保持巷道的穩定性和連通性對煤礦的建設和生產具有重要意義。針對巷道底板的變形破壞，國內外相關學者進行了大量的研究，但由于巷道圍巖性質復雜、地質環境多變等因素，對巷道底板變形破壞機理的認識尚存在缺陷。因此，開展巷道底板變形破壞機理的研究具有十分重要的意義。

塑性流動變形是一種常見的底板破壞形式，當直接底板為軟弱巖層，在兩幫巖柱的壓模效應作用下，底板軟弱巖層被擠壓流動到巷道內，出現持續的塑性流動變形。在以往的研究中，人們進行了大量的理論分析和數值仿真模擬以揭示巷道底板變形演化的規律。當然人們也嘗試通過相似試驗了解底板變形破壞的宏觀過程，岳中文通過煤巷開挖掘進、錨桿與錨索一體化支護相似模擬實驗研究了底板變形的類型及底板破壞時的應力狀態，鄭朋強等通過現場真三軸實驗考察了導致巷道底板變形的各類因素，李運來通過改裝的平面應變模型研究了軟巖巷道的受力與變形特征。這些試驗方法均為宏觀試驗，通過肉眼觀察對比來描述底板變形破壞的規律，存在一定的主觀性，無法客觀反映底板巖體變形破壞的全過程，也不能通過定量分析得到底板位移演化的規律。因此，很需要一種能夠從細觀的角度對巷道底板變形破壞進行量化研究的試驗系統和試驗方法。

發明內容

本發明的目的是針對巷道底板變形破壞研究的需要，發明的一種巷道底板變形破壞試驗系統，同時提供該系統的試驗方法。

一種巷道底板變形破壞可視化試驗系統，其特征在于，它由模擬試驗裝置、壓力試驗機以及光學采集系統組成，其中，所述的模擬試驗裝置包括一個單側可視的長方形立式箱體，即立式箱體的前側為部分透明的；立式箱體內裝有模擬巷道底板巖體的相似材料模型，模型上方緊貼箱體兩側各布置有加壓板，加壓板上方支撐有凹槽形傳力板。

所述的壓力試驗機為TAW-2000微機控制電液伺服巖石三軸實驗機，為試驗裝置提供所需的壓力。

所述的光學采集系統包括設置在試驗裝置外部的白光光源和CCD攝像采集系統，用于采用光學試驗方法跟蹤、觀察、檢測和計算底板巖體的位移場和應變場。

進一步，所述的立式箱體由廢棄的混凝土模板改造拼裝而成；箱體后側由三塊模板長邊相接堆疊而成；箱體前側為透明平面擋板，擋板上下兩側各壓有一塊模板，前側模板、擋板以及后側模板通過高強螺栓依次緊密連接；箱體左右兩側的模板通過水平拉桿連接，并用螺母上緊固定，用以限制相似材料模型的側向位移。

進一步，所述的透明平面擋板為厚度為8mm的鋼化玻璃板，以便直接觀察或采用光學試驗方法觀察荷載作用下底板巖體相似材料模型的位移狀態和變形運動規律。

進一步，所述的加壓板用以模擬巷道兩幫，加壓板之間的凈距即為模擬的巷道寬度。

進一步，所述的傳力板槽腿支撐在加壓板中部，槽背高出箱體頂端50mm，為位移模型加載預留空間。