一种具备可调倾角的煤岩巷道模拟实验台的制作方法

技术领域

本发明涉及一种煤岩巷模拟实验台，尤其涉及的是一种具备可调倾角的煤岩巷道模拟实验台及其装配方法。

背景技术：

矿山井下煤岩巷的稳定性是安全生产的重要保证，其初期建设费用和后期维护费用占据煤矿生产成本很大比重，也事关煤矿盈利与否的重要标志，其重要性就不言而喻。随着煤矿进入深部开采，软岩流变特性显现、复杂构造应力等天然复杂条件，以及为满足煤矿整体生产的需要，经常需要在硐室群、上山硐室、交叉巷道、过断层等特殊条件下维护巷道稳定性，从而导致大变形甚至是顶板冒落在绝大数深部矿井时有发生，煤岩巷的稳定性维护变得越来越困难；现实中又无法在理论上说清楚深部巷道大变形破坏机理，只能借助相似模拟进行研究，以期深入认识巷道大变形机理，寻找到可行的控制技术。

而目前煤岩巷相似模拟实验装置主要存在以下不足：无法模拟不同巷道倾角；无法方便拆卸、组装实验台；无法兼顾模拟平面和立体实验模型；因此，需要对上述煤岩巷相似模拟实验台进行改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种具备可调倾角的煤岩巷道模拟实验台及其装配方法，适用于测试不同倾角、岩性条件下的煤岩巷道的稳定性。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种具备可调倾角的煤岩巷道模拟实验台，包括底座、反力加载装置和旋转装置，模拟岩层置于所述反力加载装置的加载挡板间，所述反力加载装置通过所述旋转装置固定于底座上，且所述旋转装置带动所述反力加载装置在所述底座上旋转；

所述反力加载装置包括至少两个平面反力加载装置和前挡板墙、后挡板墙；

所述平面反力加载装置包括上挡板、下挡板、左挡板、右挡板、顶梁、底梁、左立柱、右立柱、多个法兰盘和多个加载千斤顶，所述顶梁、底梁、左立柱、右立柱通过高强螺栓铰接成一体，且所述上挡板、下挡板、左挡板、右挡板的外侧面上均固定至少两个加载千斤顶，所述加载千斤顶的两端均设有法兰盘，所述上挡板、下挡板、左挡板、右挡板上的加载千斤顶另一端对应固定于所述顶梁、底梁、左立柱和右立柱上；

所述底座为梯形底座，包括梯台、设于梯台右边的右底座和设于梯台左边的左底座，且所述梯台的高度高于所述右底座和所述左底座的高度；

所述反力加载装置包括两个平面反力加载装置，两个所述平面反力加载装置平行且前后侧面上对应设有前挡板墙、后挡板墙固定；

所述上挡板、下挡板、左挡板、右挡板的外侧面上均设有三个加载千斤顶，所述上挡板、下挡板、左挡板、右挡板上的三个加载千斤顶的另一端分别对应固定于所述顶梁、底梁、左立柱和右立柱上。

作为上述方案的进一步优化，所述右底座为一凹槽。

作为上述方案的进一步优化，所述旋转装置包括左旋转装置和右旋转装置，所述右旋转装置一端固定于右底座上，一端固定于反力加载装置的下底面的右段上；所述左旋转装置的一端固定于所述梯台上，一端固定于反力加载装置的下底面的中段；

所述左旋转装置、右旋转装置包括可旋转连接支座和支撑千斤顶，所述支撑千斤顶顶的两端分别设有一个所述可旋转连接支座；

模拟岩层设于所述反力加载装置的内部，通过控制加载千斤顶控制模拟岩层在所述反力加载装置的内部的不同承载力，通过支撑千斤顶控制所述左、右旋转装置支撑所述反力加载装置并带动所述反力加载装置旋转。作为上述方案的进一步优化，所述上、下、左、右挡板的外侧面上均设有三个加载千斤顶，所述上、下、左、右挡板上的三个加载千斤顶的另一端分别对应固定于所述顶梁、底梁、左立柱和右立柱上。

与已有技术相比，本发明的一种具备可调倾角的煤岩巷道模拟实验台的有益效果体现在：

1、本发明的一种具备可调倾角的煤岩巷道模拟实验台，适用于测试不同倾角、岩性条件下煤岩巷道“围岩-支护”稳定性。本发明的一种具备可调倾角的煤岩巷道模拟实验台能方便切换成平面或立体模型实验。模拟岩层设于反力加载装置的内部，通过控制加载千斤顶控制模拟岩层在反力加载装置的内部的不同承载力，通过支撑千斤顶控制左、右旋转装置支撑反力加载装置并带动所述反力加载装置旋转，实现左右旋转满足不同倾斜角度煤岩层的模拟，解决了目前无法模拟不同煤岩巷倾角。

2、本发明的一种具备可调倾角的煤岩巷道模拟实验台的装配方法，拆卸组装方便，方便平面和立体相似模拟的转换。

附图说明

图1是本发明的一种具备可调倾角的煤岩巷道模拟实验台的结构示意图。

图2是本发明的平面反力加载装置的结构示意图。

图3是图2中的上、下、左、右挡板与加载千斤顶配合连接的结构示意图。

图4(a)和图4(b)分别是图1中的前挡板墙和后挡板墙的结构示意图。

图5是本发明的底座和旋转装置配合连接的结构示意图。

图6(a)和图6(b)分别是图5中的左旋转装置和右旋转装置的结构示意图。

图7是本发明的一种具备可调倾角的煤岩巷道模拟实验台的状态变化的结构示意图。

图中：底座1、反力加载装置2、旋转装置3，模拟岩层4、左底座101、右底座102、梯台103、反力加载装置2、平面反力加载装置21、前挡板墙22、后挡板墙23、左旋转装置31、右旋转装置32、可旋转支座301、支撑千斤顶302、上挡板5、下挡板6、左挡板7、右挡板8、顶梁51、底梁61、左立柱71、右立柱81、加载千斤顶9、法兰盘10、高强螺栓11。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

参见图1，图1是本发明的一种具备可调倾角的煤岩巷道模拟实验台的结构示意图。一种具备可调倾角的煤岩巷道模拟实验台，包括底座1、反力加载装置2和旋转装置3，模拟岩层4置于反力加载装置2的加载挡板间，反力加载装置2通过旋转装置3固定于底座1上，且旋转装带动反力加载装置在所述底座1上旋转。

反力加载装置2包括两个平面反力加载装置21、前挡板墙22和后挡板墙23。参见4(a)和图4(b)，图4(a)和图4(b)分别是图1中的前挡板墙和后挡板墙的结构示意图。平面反力加载装置21包括上挡板5、下挡板6、左挡板7、右挡板8、顶梁51、底梁61、左立柱71、右立柱81、多个法兰盘10和多个加载千斤9。参见图2和图3，图2是本发明的平面反力加载装置的结构示意图。图3是本发明的平面反力加载装置的结构示意图。顶梁51、底梁61、左立柱71、右立柱81通过高强螺栓铰接成一体，且上挡板5、下挡板6、左挡板7、右挡板8的外侧面上均有三个加载千斤顶9，加载千斤顶9的两端均设有法兰盘10，上挡板5、下挡板6、左挡板7、右挡板8上的加载千斤顶9另一端对应固定于顶梁51、底梁61、左立柱71和右立柱81上。

此外，底座1为梯形底座，包括梯台103、设于梯台103右边的右底座102和设于梯台103左边的左底座101，且梯台103的高度高于右底座102和左底座101的高度。参见图5，图5是本发明的底座和旋转装置配合连接的结构示意图。本发明的优先实施例中，右底座101为一凹槽。

旋转装置3包括左旋转装置31和右旋转装置32，参见图6(a)和图6(b)，图6(a)和图6(b)分别是图5中的左旋转装置和右旋转装置的结构示意图。左旋转装置31和右旋转装置32包括可旋转连接支座301和支撑千斤顶302，支撑千斤顶302的两端分别设有一个可旋转连接支座301。右旋转装置32一端固定于右底座102上，一端固定于反力加载装置2的下底面的右端；左旋转装置31的一端固定于梯台103上，一端固定于反力加载装置2的下底面的中段。

模拟岩层4设于反力加载装置2的内部，通过控制加载千斤顶9控制模拟岩层4在反力加载装置2的内部的不同承载力，通过支撑千斤顶302控制所述左、右旋转装置支撑所述反力加载装置并带动所述反力加载装置旋转。完成模拟不同模拟岩层4的煤岩巷开挖和支护过程。实现左右旋转满足不同倾斜角度煤岩层的模拟，模拟不同煤岩巷倾角。

本发明的一种具备可调倾角的煤岩巷道模拟实验台采用装配式结构，具有较大的活动范围，适应不同的试验内容及其边界条件，满足三维、平面应变和平面应力条件下的不同试验需要，例如三维采场、平面采场、三维巷道、平面巷道。本发明的一种具备可调倾角的煤岩巷道模拟实验台可左右旋转，最大旋转角度80度，满足不同岩层的试验模拟。本发明的一种具备可调倾角的煤岩巷道模拟实验台的反力加载装置最大尺寸2000×1500×600mm(宽×高×厚)，最小尺寸2000×1000×300mm。且在厚度方向上可按300mm的倍数组装，最小300mm，最大600mm，高度1500mm不变。

一种具备可调倾角的煤岩巷道模拟实验台的装配方法，包括如下步骤：

(1)将顶梁、底梁、左立柱、右立柱通过高强螺栓铰接成一体；将加载千斤顶的两端上安装法兰盘；并将安装法兰盘后的加载千斤顶一端安装上、下、左、右挡板的外侧面上；并将安装法兰盘后的加载千斤顶的另一端对应安装于顶梁、底梁、左立柱、右立柱的内侧面上，装配成平面反力加载装置；

(2)将至少两个步骤(1)装配好的平面反力加载装置平行定位，并在前后侧面上固定安装前、后挡板墙，组装成反力加载装置，并将模拟岩层置于反力加载装置的上、下、左、右挡板中；

(3)将支撑千斤顶的两端均连接可旋转连接支座，组装左旋转装置和右旋转装置，并将反力加载装置的底面中段通过左旋转装置固定于梯台上，并将反力加载装置的底面的右端通过右旋转装置固定于右底座上,装配成一种具备可调倾角的煤岩巷道模拟实验台。

本发明的一种具备可调倾角的煤岩巷道模拟实验台的装配方法，拆卸组装方便，方便平面和立体相似模拟的转换。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。