一种采动应力场模拟实验装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种采动应力场模拟实验装置，具体涉及采矿工程技术领域。它解决了现有的煤矿开采中的采动应力场的研究主要集中于现场勘测和数值模拟，缺少实验仿真的不足。该采动应力场模拟实验装置，包括实验台，实验台包括模拟单元，模拟单元呈长方体形，模拟单元包括多个自上而下平行设置的空心模块层，每个空心模块层包括多个空心模块，任意相邻两空心模块之间通过弹簧相衔接，每一空心模块层的两端设有侧向加载系统，实验台电控连接控制台，空心模块呈长方体形，弹簧包括横向衔接弹簧和竖向衔接弹簧，同一空心模块层的空心模块通过横向衔接弹簧衔接，相邻两空心模块层的空心模块通过竖向衔接弹簧衔接。
【专利说明】
一种采动应力场模拟实验装置
技术领域
[0001]本实用新型属于采矿工程技术领域，具体涉及一种采动应力场模拟实验装置。
【背景技术】
[0002]地应力是煤矿开采等地下工程围岩变形与破坏的根本驱动力。随着煤矿开采深度的不断加深，应力环境发生了很大变化，以至于巷道大变形、冲击矿压、煤与瓦斯突出等动力灾害日益严重。只有充分了解地下岩层应力场分布规律及扰动围岩位移运动特征，才能提出合理、有效的灾害控制方案来保证矿山的安全高效开采。由此可见，应力场研究是岩石力学与采矿工程中最基本的、最重要的工作之一。
[0003]目前，国内外有关地下应力场的大小及分布的理论，先后提出了原岩应力场与采动应力场以及支护应力场。其中原岩应力场是现今地应力场的主要组成部分，包括重力应力场和构造应力场，对地下采动应力场和支护应力场具有决定作用。采动应力场是指由于地下采动而引起的原岩应力重新分布，进而二次形成的应力场。针对于地下采动应力场的研究主要集中于现场勘测和数值模拟，实体仿真实验较少，主要原因在于现有的物理模拟实验台难以对相似材料施加水平作用力，同时采动空间开挖人为干扰因素较大，应力场的水平应力及应变数值较难统计，造成了现在理论知识丰富而实体模拟装置较少的尴尬局面。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的是针对现有的煤矿开采中的采动应力场的研究主要集中于现场勘测和数值模拟，缺少实验仿真的不足，提出了一种能够针对地下采动应力场进行仿真模拟的采动应力场模拟实验装置。
[0005]本实用新型具体采用如下技术方案:
[0006]—种采动应力场模拟实验装置，包括实验台，所述实验台包括模拟单元，所述模拟单元呈长方体形，模拟单元包括多个自上而下平行设置的空心模块层，每个空心模块层包括多个空心模块，任意相邻两空心模块之间通过弹簧相衔接，每一空心模块层的两端设有侧向加载系统，所述实验台电控连接控制台。
[0007]优选地，所述空心模块呈长方体形，所述弹簧包括横向衔接弹簧和竖向衔接弹簧，所述同一空心模块层的空心模块通过横向衔接弹簧衔接，相邻两空心模块层的空心模块通过竖向衔接弹簧衔接，位于同一空心模块层的横向衔接弹簧的弹性系数相同，连接相同相邻空心模块层的竖向衔接弹簧的弹性系数相同。
[0008]优选地，所述空心模块层为四层，其中三层为岩层，一层为煤层，所述第一层、第二层为岩层，第三层为煤层，第四层为岩层。
[0009]本实用新型具有的有益效果是:通过在空心模块中填充不同的材料，并选用不同弹性系数的横向弹簧衔接组成空心模块层模拟不同的地质构造，通过侧向加载系统对空心模块层施加水平拉力，通过解除空心模块模拟煤层开挖，构造变形后，能产生较理想的变形，且变形量和所传递应力可实际计算出来，整个模拟实验装置结构简单，便于操作，计算结果相对准确。
【附图说明】
[0010]图1为该采动应力场模拟实验装置结构示意图；
[0011 ]图2为该采动应力场模拟实验装置模拟开挖结构示意图；
[0012]图3为该采动应力场模拟实验装置模拟构造变形后结构示意图。
[0013]其中，I为实验台，2为控制台，3为侧向加载系统，4为空心模块，5为弹簧。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和具体实施例对本实用新型的【具体实施方式】做进一步说明:
[0015]如图1所示一种采动应力场模拟实验装置，包括实验台I，实验台I包括模拟单元，模拟单元呈长方体形，模拟单元包括多个自上而下平行设置的四层空心模块层，其中自上而下第一层、第二层为岩层，第三层为煤层，第四层为岩层。每个空心模块层包括多个空心模块4，任意相邻两空心模块4之间通过弹簧5相衔接，每一空心模块层的两端设有侧向加载系统3，实验台I电控连接控制台2。
[0016]空心模块4呈长方体形，弹簧5包括横向衔接弹簧和竖向衔接弹簧，同一空心模块层的空心模块通过横向衔接弹簧衔接，相邻两空心模块层的空心模块通过竖向衔接弹簧衔接，位于同一空心模块层的横向衔接弹簧的弹性系数相同，连接相同相邻空心模块层的竖向衔接弹簧的弹性系数相同。
[0017]如图2-3所示，该采动应力场模拟实验装置的具体工作方法为:模拟开挖，挖掉两个空心模块4，其中一个位于第三层的煤层，一个位于第四层的岩层;通过侧向加载系统对空心模块层施加水平拉力使构造变形;最后通过几何、力学本构方程进行应力、应变、位移计算。
[0018]当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种采动应力场模拟实验装置，其特征在于，包括实验台，所述实验台包括模拟单元，所述模拟单元呈长方体形，模拟单元包括多个自上而下平行设置的空心模块层，每个空心模块层包括多个空心模块，任意相邻两空心模块之间通过弹簧相衔接，每一空心模块层的两端设有侧向加载系统，所述实验台电控连接控制台。2.如权利要求1所述的一种采动应力场模拟实验装置，其特征在于，所述空心模块呈长方体形，所述弹簧包括横向衔接弹簧和竖向衔接弹簧，所述同一空心模块层的空心模块通过横向衔接弹簧衔接，相邻两空心模块层的空心模块通过竖向衔接弹簧衔接，位于同一空心模块层的横向衔接弹簧的弹性系数相同，上下两空心模块层连接使用的竖向衔接弹簧的弹性系数相同。3.如权利要求2所述的一种采动应力场模拟实验装置，其特征在于，所述空心模块层为四层，其中三层为岩层，一层为煤层，自上而下第一层、第二层为岩层，第三层为煤层，第四层为石层。
【文档编号】G01M99/00GK205483609SQ201620021898
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月11日
【发明人】王晓, 赵振龙, 孟凡宝, 汤佳佳, 张瑞新, 邢恩睿, 王玉芬
【申请人】山东科技大学