一種地壓模擬裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種地壓模擬裝置，用于模擬地下工程上覆巖層產(chǎn)生的地壓，包括填料箱、壓箱；所述填料箱是上端開口的箱體，所述壓箱的側(cè)壁具有與填料箱箱體的側(cè)壁對應(yīng)的形狀，壓箱設(shè)置在填料箱的上方，壓箱進(jìn)行垂直往復(fù)運(yùn)動進(jìn)入和升出填料箱的箱體；壓箱由多個加壓油缸驅(qū)動進(jìn)行垂直往復(fù)運(yùn)動進(jìn)入和升出填料箱的箱體，多個加壓油缸安裝在一個承壓橫梁上；每個加壓油缸設(shè)有一個對應(yīng)的位移傳感器，所述位移傳感器的外殼固定在承壓橫梁上，位移傳感器的滑動端固定在壓箱上。本實用新型的有益效果是：通過對填料箱內(nèi)的填料施加壓力，模擬一定深度范圍內(nèi)的地壓，測定硐室的穩(wěn)定性和氣化過程頂板的位移和應(yīng)力變化；為研究地層的力學(xué)特性和破壞特征提供依據(jù)。
【專利說明】一種地壓模擬裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于煤炭地下氣化、巖土力學(xué)與地下工程，尤其涉及一種地壓模擬裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]地壓來自于巖石上覆巖層自身的重力，在硐室施工、煤炭地下氣化和油頁巖與煤共氣化工程中，地壓對硐室的穩(wěn)定性、氣化通道頂板和油頁巖層的塌落有很大影響。目前實驗室對硐室的變形和穩(wěn)定性的研究主要采用數(shù)值模擬的方法，缺乏在一定地壓下可以對硐室的表面變形和圍巖內(nèi)部變形進(jìn)行原位觀測的大型試驗裝置；在煤炭地下氣化和油頁巖與煤共氣化的現(xiàn)場試驗過程中，煤層頂板(油頁巖層)受熱膨脹導(dǎo)致煤層頂板巖石(油頁巖層)的原應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞，在地壓的作用下逐漸彎曲、變形后冒落，可能堵塞氣化通道，而在實驗室進(jìn)行煤炭地下氣化模型試驗過程中，忽略了地壓對煤層頂板(油頁巖層)位移和應(yīng)力的影響；因此需要在實驗室中建立一種地壓模擬裝置，在模擬地壓的作用下，對硐室的穩(wěn)定性和氣化過程煤層頂板(油頁巖層)的位移和應(yīng)力變化特征進(jìn)行深入研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的是提出一種地壓模擬裝置的技術(shù)方案；對硐室的穩(wěn)定性和氣化過程頂板的位移和應(yīng)力變化進(jìn)行測定。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是:一種地壓模擬裝置，用于模擬地下工程上覆巖層產(chǎn)生的地壓，包括填料箱、壓箱；所述填料箱是上端開口的箱體，所述壓箱的側(cè)壁具有與填料箱箱體的側(cè)壁對應(yīng)的形狀，壓箱設(shè)置在填料箱的上方，壓箱進(jìn)行垂直往復(fù)運(yùn)動進(jìn)入和升出填料箱的箱體。
[0005]更進(jìn)一步，所述壓箱由多個加壓油缸驅(qū)動進(jìn)行垂直往復(fù)運(yùn)動進(jìn)入和升出填料箱的箱體，多個加油油缸安裝在一個承壓橫梁上；對應(yīng)每個加壓油缸設(shè)有一個位移傳感器，所述位移傳感器的外殼固定在承壓橫梁上，位移傳感器的滑動端固定在壓箱上。
[0006]在所述填料箱的周邊設(shè)有多支垂直方向的導(dǎo)柱，所述承壓橫梁沿導(dǎo)柱進(jìn)行垂直往復(fù)運(yùn)動。
[0007]在所述承壓橫梁上設(shè)有升降油缸，所述升降油缸的缸臂向下伸出承壓橫梁頂壓在填料箱上推動承壓橫梁升起；在導(dǎo)柱上設(shè)有卡鍵槽，當(dāng)承壓橫梁下降到最下端位置時，承壓橫梁的與導(dǎo)柱配合處的上端面位于所述卡鍵槽之下，承壓橫梁通過插入在每個卡鍵槽中的卡鍵被鎖定在下降位置。
[0008]更進(jìn)一步，所述壓箱與填料箱箱壁之間的間隙不大于5mm。
[0009]在所述填料箱的上端面開口邊沿設(shè)有密封圈，所述密封圈封閉壓箱的側(cè)壁和填料箱的上端面。
[0010]更進(jìn)一步，所述填料箱箱體的內(nèi)壁是耐火硅層，由所述耐火硅層向外依次設(shè)有巖棉保溫層、采用高溫合金鋼的結(jié)構(gòu)密封層、鋼筋混凝土耐壓層。[0011]所述填料箱箱體被埋在地下，填料箱的上端面露出地面。
[0012]更進(jìn)一步，所述填料箱為矩形，在矩形填料箱長邊的兩側(cè)設(shè)有位置互相對應(yīng)的支座，所述導(dǎo)柱固定安裝在所述支座上，所述升降油缸的缸臂向下伸出頂壓在支座上推動承壓橫梁升起。
[0013]所述矩形填料箱的開口尺寸為長4.45m、寬1.17m，填料箱開口的深度為1.57m，填料箱在地下的埋深為1.17m ;填料箱的兩側(cè)每側(cè)設(shè)有位置互相對應(yīng)的四個支座，所述承壓橫梁包括四個并排連接的向上凸出的魚腹梁，每個所述魚腹梁的兩端與兩支對應(yīng)的導(dǎo)柱滑動配合進(jìn)行垂直往復(fù)運(yùn)動；在所述承壓橫梁的四角設(shè)有四只升降油缸。
[0014]本實用新型的有益效果是:可以非常方便真實的模擬巖石上覆巖層的壓力，通過對填料箱內(nèi)的填料施加壓力，模擬一定深度范圍內(nèi)的地壓，并通過在所述的填料中設(shè)置熱源，對所述的填料進(jìn)行加熱，監(jiān)測在一定地壓下受熱地層的位移和應(yīng)力變化，測定硐室的穩(wěn)定性和氣化過程頂板的位移和應(yīng)力變化，為研究地層的力學(xué)特性和破壞特征提供依據(jù)。
[0015]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作一詳細(xì)描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)圖，填料箱采用側(cè)剖視；
[0017]圖2是本實用新型結(jié)構(gòu)圖，填料箱采用橫剖視；
[0018]圖3是本實用新型操作圖，填料箱采用橫剖視。
【具體實施方式】
[0019]一種地壓模擬裝置，用于模擬地下工程上覆巖層產(chǎn)生的地壓，包括填料箱、壓箱；所述填料箱是上端開口的箱體，所述壓箱的側(cè)壁具有與填料箱箱體的側(cè)壁對應(yīng)的形狀，壓箱設(shè)置在填料箱的上方，壓箱進(jìn)行垂直往復(fù)運(yùn)動進(jìn)入和升出填料箱的箱體。
[0020]所述壓箱由多個加壓油缸驅(qū)動進(jìn)行垂直往復(fù)運(yùn)動進(jìn)入和升出填料箱的箱體，多個加油油缸安裝在一個承壓橫梁上；對應(yīng)每個加壓油缸設(shè)有一個位移傳感器，所述位移傳感器的外殼固定在承壓橫梁上，位移傳感器的滑動端固定在壓箱上。
[0021]在所述承壓橫梁上設(shè)有升降油缸，所述升降油缸的缸臂向下伸出承壓橫梁頂壓在填料箱上推動承壓橫梁升起；在導(dǎo)柱上設(shè)有卡鍵槽，當(dāng)承壓橫梁下降到最下端位置時，承壓橫梁的與導(dǎo)柱配合處的上端面位于所述卡鍵槽之下，承壓橫梁通過插入在每個卡鍵槽中的卡鍵被鎖定在下降位置。
[0022]所述壓箱與填料箱箱壁之間的間隙不大于5mm。
[0023]在所述填料箱的上端面開口邊沿設(shè)有密封圈，所述密封圈封閉壓箱的側(cè)壁和填料箱的上端面。
[0024]所述填料箱箱體的內(nèi)壁是耐火硅層，由所述耐火硅層向外依次設(shè)有巖棉保溫層、采用高溫合金鋼的結(jié)構(gòu)密封層、鋼筋混凝土耐壓層。
[0025]所述填料箱箱體被埋在地下，填料箱的上端面露出地面。
[0026]實施例一:
[0027]如圖1、圖2、圖3，一種地壓模擬裝置，用于模擬地下工程上覆巖層產(chǎn)生的地壓，包括填料箱10、壓箱20。[0028]填料箱是上端開口的矩形箱體，矩形填料箱的開口尺寸為長L=4.45m、寬W=L 17m，填料箱開口的深度為H=L 57m ;填料箱箱體的內(nèi)壁是耐火硅層11，由所述耐火硅層向外依次設(shè)有巖棉保溫層12、結(jié)構(gòu)密封層13、鋼筋混凝土耐壓層14。結(jié)構(gòu)密封層采用20mm厚的高溫合金鋼板焊接制成。
[0029]填料箱的側(cè)壁被埋在地下，填料箱在地下的埋深為1.17m。
[0030]在矩形填料箱長邊的兩側(cè)每側(cè)設(shè)有位置互相對應(yīng)的四個支座15，在每個支座上固定安裝一支垂直方向的導(dǎo)柱30 ;導(dǎo)柱的外徑為120mm,長2500mm,在導(dǎo)柱上設(shè)有卡鍵槽31。
[0031]壓箱的側(cè)壁具有與填料箱箱體的側(cè)壁對應(yīng)的形狀，壓箱設(shè)置在填料箱的上方，壓箱進(jìn)行垂直往復(fù)運(yùn)動進(jìn)入和升出填料箱的箱體。
[0032]壓箱垂直方向的厚度為600mm,由IOmm厚的鋼板焊接制成。
[0033]壓箱與填料箱箱壁之間的間隙為3mm?5mm。
[0034]壓箱由四個加壓油缸40驅(qū)動進(jìn)行垂直往復(fù)運(yùn)動進(jìn)入和升出填料箱的箱體，四個加油油缸安裝在承壓橫梁50上。加壓油缸的缸徑為250mm，行程為500mm。壓箱可向下產(chǎn)生最聞1.2MPa的壓力。
[0035]每個加壓油缸設(shè)有一個對應(yīng)的位移傳感器41，所述位移傳感器的外殼固定在承壓橫梁上，位移傳感器的滑動端固定在壓箱上。
[0036]承壓橫梁包括四個并排連接的向上凸出的魚腹梁51，四個魚腹梁由三個連接梁52固定連接為一體，每個所述魚腹梁的兩端設(shè)有與導(dǎo)柱滑動配合的導(dǎo)孔，每個魚腹梁沿兩支對應(yīng)的導(dǎo)柱進(jìn)行垂直往復(fù)運(yùn)動；在所述承壓橫梁的四角設(shè)有四只升降油缸53，四只升降油缸分別設(shè)置在位于首尾的兩個魚腹梁的兩端；升降油缸的缸臂53a向下伸出承壓橫梁、頂壓在支座上推動承壓橫梁升起。升降油缸的缸徑為80mm，行程為1900mm。
[0037]當(dāng)承壓橫梁下降到最下端位置時，承壓橫梁的與導(dǎo)柱配合處的上端面位于卡鍵槽之下，承壓橫梁通過插入在每個卡鍵槽中的卡鍵32被鎖定在下降位置。
[0038]在所述填料箱的上端面開口邊沿設(shè)有密封圈60，所述密封圈封閉壓箱的側(cè)壁和填料箱的上端面；密封圈通過壓板61由螺栓62固定。
[0039]實施例二:
[0040]如圖1、圖2、圖3，本實施例為實施例一所述的地壓模擬裝置進(jìn)行煤炭地下氣化過程的地壓模擬操作。
[0041]將煤塊70從地下煤層中取出以后，先在煤塊中加工氣化通道71，再將煤塊放入填充箱中拼砌成煤層，并在煤層上方覆蓋頂板72和表土 73，在頂板中安裝K型熱電偶、位移傳感器和應(yīng)力傳感器，然后通過地壓模擬裝置對填料進(jìn)行緩慢加壓。
[0042]在加壓過程中，先控制升降油缸40將承壓橫梁50和壓箱20 —起沿八根導(dǎo)柱31向下滑動，直到承壓橫梁的下表面與支座15緊密接觸；然后在貫穿承壓橫梁的八根導(dǎo)柱上安裝8個卡鍵32，用于固定承壓橫梁，防止在加壓過程中向上浮動，該卡鍵位于承壓橫梁的上表面，如圖3所示；其次控制加壓油缸，將壓箱緩慢降落到表土層上，通過四個位移傳感器41顯示的位移，調(diào)節(jié)各加壓油缸的行程，使壓箱盡可能保持水平，保證表土層表面各個位置的壓力均勻；最后同步地緩慢增大各加壓油缸的位移，直到頂板中的壓力傳感器顯示的壓力值達(dá)到實驗要求。
[0043]當(dāng)?shù)貕杭虞d完畢后，用固定螺栓62擠壓密封圈，使密封圈緊密地粘貼在壓箱上，當(dāng)檢驗填料箱的氣密性良好后進(jìn)行煤炭地下氣化試驗。首先向煤層中通入氧氣，并在煤層的氣化通道的一端點(diǎn)火；然后當(dāng)煤層點(diǎn)火成功后向煤層中通入氣化劑，使煤層沿氣化通道進(jìn)行氣化；在氣化過程中，頂板受熱導(dǎo)致巖石的裂隙重新發(fā)育，破壞了原來的應(yīng)力平衡狀態(tài)，在地壓作用下，隨著溫度的升高和氣化通道橫截面的擴(kuò)展，頂板將會膨脹、變形、彎曲，最終塌落入氣化通道中，根據(jù)頂板中的K型熱電偶、位移傳感器和應(yīng)力傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析地壓、巖層溫度、位移和應(yīng)力之間的關(guān)系，研究氣化通道溫度和地壓對頂板穩(wěn)定性的影響。
【權(quán)利要求】
1.一種地壓模擬裝置，用于模擬地下工程上覆巖層產(chǎn)生的地壓，包括填料箱、壓箱；其特征在于:所述填料箱是上端開口的箱體，所述壓箱的側(cè)壁具有與填料箱箱體的側(cè)壁對應(yīng)的形狀，壓箱設(shè)置在填料箱的上方，壓箱是由多個加壓油缸驅(qū)動進(jìn)行垂直往復(fù)運(yùn)動進(jìn)入和升出填料箱的箱體，多個加壓油缸安裝在一個承壓橫梁上；對應(yīng)每個加壓油缸設(shè)有一個位移傳感器，所述位移傳感器的外殼固定在承壓橫梁上，位移傳感器的滑動端固定在壓箱上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地壓模擬裝置，其特征在于，在所述填料箱的周邊設(shè)有多支垂直方向的導(dǎo)柱，所述承壓橫梁沿導(dǎo)柱進(jìn)行垂直往復(fù)運(yùn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種地壓模擬裝置，其特征在于，在所述承壓橫梁上設(shè)有升降油缸，所述升降油缸的缸臂向下伸出承壓橫梁頂壓在填料箱上推動承壓橫梁升起；在導(dǎo)柱上設(shè)有卡鍵槽，當(dāng)承壓橫梁下降到最下端位置時，承壓橫梁的與導(dǎo)柱配合處的上端面位于所述卡鍵槽之下，承壓橫梁通過插入在每個卡鍵槽中的卡鍵被鎖定在下降位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地壓模擬裝置，其特征在于，所述壓箱與填料箱箱壁之間的間隙不大于5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種地壓模擬裝置，其特征在于，在所述填料箱的上端面開口邊沿設(shè)有密封圈，所述密封圈封閉壓箱的側(cè)壁和填料箱的上端面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地壓模擬裝置，其特征在于，所述填料箱箱體的內(nèi)壁是耐火硅層，由所述耐火硅層向外依次設(shè)有巖棉保溫層、采用高溫合金鋼的結(jié)構(gòu)密封層、鋼筋混凝土耐壓層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種地壓模擬裝置，其特征在于，所述填料箱箱體被埋在地下，填料箱的上端面露出地面。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種地壓模擬裝置，其特征在于，所述填料箱為矩形，在矩形填料箱長邊的兩側(cè)設(shè)有位置互相對應(yīng)的支座，所述導(dǎo)柱固定安裝在所述支座上，所述升降油缸的缸臂向下伸出頂壓在支座上推動承壓橫梁升起。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種地壓模擬裝置，其特征在于，所述矩形填料箱的開口尺寸為長4.45m、寬L 17m，填料箱開口的深度為L 57m，填料箱在地下的埋深為L 17m ;填料箱的兩側(cè)每側(cè)設(shè)有位置互相對應(yīng)的四個支座，所述承壓橫梁包括四個并排連接的向上凸出的魚腹梁，每個所述魚腹梁的兩端與兩支對應(yīng)的導(dǎo)柱滑動配合進(jìn)行垂直往復(fù)運(yùn)動；在所述承壓橫梁的四角設(shè)有四只升降油缸。
【文檔編號】G01M99/00GK203772562SQ201420055841
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月29日
【發(fā)明者】梁杰, 王張聊, 崔勇, 席建奮, 梁棟宇, 梁鯤, 樊陳子, 張曉春, 張宇, 邊嘯林, 王旋, 朱漢青, 馬佳 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)