巷道支護實驗室模擬裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種巷道支護實驗室模擬裝置，包括巷道支護模擬機構(gòu)、加壓傳力機構(gòu)和支護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，巷道支護模擬機構(gòu)由巷道外形模擬機構(gòu)和支護模擬機構(gòu)組成；加壓傳力機構(gòu)包括底座、側(cè)向加壓傳力機構(gòu)、軸向加壓傳力機構(gòu)、側(cè)壓動力系統(tǒng)和軸壓動力系統(tǒng)；支護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括軸向引伸計、徑向引伸計、EDC數(shù)字控制器和聲發(fā)射信號采集器；每根錨桿外露在橡膠圈內(nèi)部的端部均安裝有聲發(fā)射傳感器。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)方便且成本低，模擬真實性高，能夠根據(jù)不同礦井的地質(zhì)情況真實模擬井下巷道的支護效果以及巷道在壓力作用下產(chǎn)生巷幫變形、底鼓的條件，并且能夠模擬出巷道在擾動作用下蠕變失穩(wěn)變形狀態(tài)，能夠用于優(yōu)化不同的支護方案。
【專利說明】巷道支護實驗室模擬裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于煤礦巷道支護【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種巷道支護實驗室模擬裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]我國許多礦井的開采深度已超過800米，在大采深條件下，巷道圍巖的應(yīng)力狀態(tài)已接近巖石強度極限，巷道穩(wěn)定性差，很容易因掘進和開采擾動作用下而產(chǎn)生大的變形，研究巷道在擾動作用下的流變力學特性，建立巷道擾動理論，對深井軟巖支護具有重要的工程實用價值。由于煤礦巷道深埋地下的原因?qū)е卢F(xiàn)場試驗無法進行，實驗室內(nèi)模擬系統(tǒng)可以通過對各種工程的模擬和試驗觀察，來研究工程圍巖的變形、移動和破壞等現(xiàn)象，分析支護方案對巷道的作用，從而對巷道支護提供試驗依據(jù)。
[0003]現(xiàn)有巷道支護模擬實驗臺，主要存在以下局限性，一是模型主要以平面應(yīng)變模型為主，而不能研究三維應(yīng)力均發(fā)生變化的研究對象；二是模型比例較小，這使得研究大比例巷道試驗無法實現(xiàn)；三是模型不能研究巷道支護形式與支護參數(shù)等實驗進行研究；四是模型只能分開研究巷道的頂板、底板和兩幫進行研究，不能對巷道整體的支護進行實驗研究；五是模型不能模擬巷道擾動的影響，煤礦巷道受采動影響明顯，現(xiàn)有試驗臺主要對模擬裝置加載均布載荷，不能模擬沖擊和爆破擾動對巷道的影響。因此急需應(yīng)用相似模擬理論、礦山壓力與控制、結(jié)構(gòu)力學等相關(guān)學科知識，開發(fā)出一種結(jié)構(gòu)簡單的三維立體式巷道支護實驗室模擬裝置。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種巷道支護實驗室模擬裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)方便且成本低，模擬真實性高，能夠根據(jù)不同礦井的地質(zhì)情況真實模擬井下巷道的支護效果以及巷道在壓力作用下產(chǎn)生巷幫變形、底鼓的條件，并且能夠模擬出巷道在擾動作用下蠕變失穩(wěn)變形狀態(tài)，能夠用于優(yōu)化不同的支護方案。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種巷道支護實驗室模擬裝置，其特征在于:包括巷道支護模擬機構(gòu)、加壓傳力機構(gòu)和支護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，
[0006]所述巷道支護模擬機構(gòu)由巷道外形模擬機構(gòu)和支護模擬機構(gòu)組成，所述巷道外形模擬機構(gòu)包括橫截面為回字形的巷道模型箱和套裝在巷道模型箱中間通道內(nèi)的橫截面為方形的橡膠圈，所述巷道模型箱內(nèi)部填充有壓實的用于模擬巷道圍巖的相似模擬材料；所述支護模擬機構(gòu)包括用于卡合連接在橡膠圈內(nèi)部側(cè)壁上和頂面上的方形鋼網(wǎng)，以及用于固定連接在橡膠圈內(nèi)部側(cè)壁上、頂面上和底面上的多塊矩形鋼板，每塊所述矩形鋼板上均設(shè)置有多個用于安裝錨桿的錨桿孔；
[0007]所述加壓傳力機構(gòu)包括底座、側(cè)向加壓傳力機構(gòu)和軸向加壓傳力機構(gòu)，以及用于為側(cè)向加壓傳力機構(gòu)加載側(cè)壓提供動力的側(cè)壓動力系統(tǒng)和用于為軸向加壓傳力機構(gòu)加載軸壓提供動力的軸壓動力系統(tǒng)；所述側(cè)向加壓傳力機構(gòu)包括設(shè)置在底座上且位于巷道模型箱左側(cè)的左立柱和位于巷道模型箱右側(cè)的右立柱，所述左立柱緊貼巷道模型箱設(shè)置，位于所述右立柱與巷道模型箱之間的底座上設(shè)置有緊貼右立柱的側(cè)向反力架，位于側(cè)向反力架與巷道模型箱之間的底座上設(shè)置有緊貼側(cè)向反力架和巷道模型箱的液壓鋼枕；所述軸向加壓傳力機構(gòu)包括安裝在左立柱和右立柱頂部的軸向反力架，以及均勻吊裝在軸向反力架底部的四個液壓千斤頂、安裝在巷道模型箱頂部的傳力板和安裝在傳力板頂部的墊板，所述墊板頂部安裝有四個分別對應(yīng)位于四個液壓千斤頂正下方的傳力座；所述側(cè)壓動力系統(tǒng)包括第一液壓油箱和一端與第一液壓油箱連接的液壓鋼枕進油管，所述液壓鋼枕進油管的另一端與液壓鋼枕的油口連接，所述液壓鋼枕進油管上從連接第一液壓油箱到液壓鋼枕的油口的方向依次連接有第一雙向油泵、第一換向閥和第一壓力計，位于第一換向閥和第一壓力計之間的一段液壓鋼枕進油管上連接有接入第一液壓油箱的第一溢流管，所述第一溢流管上連接有第一溢流閥；所述軸壓動力系統(tǒng)包括第二液壓油箱和一端與第二液壓油箱連接的液壓千斤頂進油總管，所述液壓千斤頂進油總管的另一端通過第一同步閥連接有第一液壓千斤頂進油支管和第二液壓千斤頂進油支管，所述第一液壓千斤頂進油支管上通過第二同步閥連接有兩條第二液壓千斤頂進油分管，所述第二液壓千斤頂進油支管上通過第三同步閥連接有兩條第二液壓千斤頂進油分管，四條第二液壓千斤頂進油分管分別對應(yīng)與四個液壓千斤頂?shù)挠涂谶B接，所述液壓千斤頂進油總管上從連接第二液壓油箱到第一同步閥的方向依次連接有第二雙向油泵、第二換向閥和第二壓力計，位于第二換向閥和第二壓力計之間的一段液壓千斤頂進油總管上連接有接入第二液壓油箱的第二溢流管，所述第二溢流管上連接有第二溢流閥；
[0008]所述支護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括用于對巷道模型箱的軸向應(yīng)變進行檢測的軸向引伸計和用于對巷道模型箱的徑向應(yīng)變進行檢測的徑向引伸計，以及EDC數(shù)字控制器和聲發(fā)射信號采集器，所述軸向引伸計和徑向引伸計十字交叉固定在固定器上后設(shè)置在橡膠圈內(nèi)，所述軸向引伸計的兩端分別與橡膠圈內(nèi)部頂面和底面緊密貼合，所述徑向引伸計的兩端分別與橡膠圈內(nèi)部左側(cè)壁和右側(cè)壁緊密貼合，所述軸向引伸計和徑向引伸計均與EDC數(shù)字控制器相接；每根所述錨桿外露在橡膠圈內(nèi)部的端部均安裝有用于對巷道模型箱內(nèi)部的相似模擬材料的聲發(fā)射信號進行檢測的聲發(fā)射傳感器，所述聲發(fā)射傳感器與聲發(fā)射信號采集器的輸入端相接。
[0009]上述的巷道支護實驗室模擬裝置，其特征在于:包括套裝在四個液壓千斤頂外圍的沖擊鋼環(huán)和用于對振動信號進行檢測的振動信號檢測裝置，所述振動信號檢測裝置的測振型速度傳感器探頭連接在底座上。
[0010]上述的巷道支護實驗室模擬裝置，其特征在于:包括用于對振動信號進行檢測的振動信號檢測裝置，所述底座內(nèi)裝有位于巷道模型箱的正下方且內(nèi)部裝有雷管的爆破箱，所述振動信號檢測裝置的測振型速度傳感器探頭連接在底座上。
[0011]上述的巷道支護實驗室模擬裝置，其特征在于:所述相似模擬材料為煤巖粉。
[0012]上述的巷道支護實驗室模擬裝置，其特征在于:所述聲發(fā)射信號采集器包括單片機以及與單片機相接的晶振電路模塊、復(fù)位電路模塊和用于與計算機通信的通信電路模塊，所述單片機的輸入端接有用于對信號進行放大、濾波和A/D轉(zhuǎn)換處理的信號調(diào)理電路模塊，所述聲發(fā)射傳感器與信號調(diào)理電路模塊的輸入端相接，所述單片機的輸出端接有液晶顯示屏。
[0013]上述的巷道支護實驗室模擬裝置，其特征在于:所述通信電路模塊為USB通信電路模塊或串口通信電路模塊。
[0014]上述的巷道支護實驗室模擬裝置，其特征在于:所述傳力座的形狀為圓臺形。
[0015]上述的巷道支護實驗室模擬裝置，其特征在于:所述振動信號檢測裝置為TPB0X-508型振動信號自記儀。
[0016]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0017]1、本實用新型的結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)方便且成本低。
[0018]2、本實用新型中的支護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠?qū)嶒炦^程中的巷道模型箱內(nèi)部的相似模擬材料的聲發(fā)射信號和巷道圍巖產(chǎn)生的振動信號，以及巷道模型箱的軸向應(yīng)變信號和巷道模型箱的徑向應(yīng)變信號進行采集，功能完備。
[0019]3、本實用新型能夠?qū)δM出的巷道圍巖同時加載側(cè)壓和軸壓，且能夠?qū)虞d給巷道圍巖的側(cè)壓大小和軸壓大小進行調(diào)節(jié)，因此能夠依據(jù)不同礦井煤巖體的水平應(yīng)力大小和地應(yīng)力大小，真實地模擬出煤礦井下巷道支護的情況，能夠用于研究各種工況下的巷道支護問題。
[0020]4、本實用新型軸向加壓傳力機構(gòu)中采用了四個千斤頂進行傳力，并采用了圓臺形的傳力座進行傳力，且在軸壓動力系統(tǒng)中采用了同步閥實現(xiàn)四個千斤頂?shù)耐?，最終能夠?qū)⑤S向力均勻地傳遞給巷道模型箱和其內(nèi)部填充的相似模擬材料，因此采用本實用新型進行大型巷道支護實驗室模擬的真實性更高，得到的數(shù)據(jù)更加可靠。
[0021]5、本實用新型通過設(shè)置沖擊鋼環(huán)，能夠為研究人員研究沖擊擾動下的錨桿支護效果提供數(shù)據(jù)支持，且能夠研究不同的沖擊擾動對支護效果的影響，便于優(yōu)化出最適合特定巷道的支護方案。
[0022]6、本實用新型通過設(shè)置爆破箱，能夠為研究人員研究爆破擾動下的錨桿支護效果提供數(shù)據(jù)支持，且能夠研究不同的爆破擾動對支護效果的影響，便于優(yōu)化出最適合特定巷道的支護方案。
[0023]綜上所述，本實用新型的結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)方便且成本低，模擬真實性高，能夠根據(jù)不同礦井的地質(zhì)情況真實模擬井下巷道的支護效果以及巷道在壓力作用下產(chǎn)生巷幫變形、底鼓的條件，并且能夠模擬出巷道在擾動作用下蠕變失穩(wěn)變形狀態(tài)，能夠用于優(yōu)化不同的支護方案。
[0024]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為本實用新型實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3為本實用新型實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖4為本實用新型大型巷道支護模擬系統(tǒng)的主視圖。
[0029]圖5為圖4的A-A剖視圖。
[0030]圖6為圖4的B-B剖視圖。
[0031]圖7為本實用新型聲發(fā)射信號采集器的電路原理框圖。
[0032]附圖標記說明:
[0033]I一軸向反力架；2—液壓千斤頂；3—右立柱；
[0034]4 一側(cè)向反力架；5—液壓鋼枕； 6—底座；
[0035]7—爆破箱；8—錨桿；9一徑向引伸計；
[0036]10一橡月父圈；11 一巷道模型箱； 12—聲發(fā)射傳感器；
[0037]13—固定器；14 一軸向引伸計； 16—傳力板；
[0038]17—塾板；18—傳力座；19一沖擊鋼環(huán)；
[0039]20一左立柱；21—相似模擬材料；23—第二液壓油箱；
[0040]24—液壓千斤頂進油總管；25—第二雙向油泵；
[0041]26—第二換向閥；27—第二溢流閥； 28—第二溢流管；
[0042]29一第二壓力計；30—第一同步閥； 31—第一壓力計；
[0043]32—第一換向閥；33—第一雙向油泵；34—第一液壓油箱；
[0044]35—液壓鋼枕進油管；36—聲發(fā)射信號采集器；
[0045]36-1一單片機；36-2—晶振電路模塊；
[0046]36-3一復(fù)位電路模塊；36-4—通彳目電路模塊；
[0047]36-5一信號調(diào)理電路模塊；36-6—液晶顯不屏；
[0048]37—第一溢流閥；38—第一溢流管； 39 — EDC數(shù)字控制器；
[0049]40一計算機；41一矩形鋼板；42—錨桿孔；
[0050]43—方形鋼網(wǎng)； 44 一振動信號檢測裝置；
[0051]45—第一液壓千斤頂進油支管； 46—第二液壓千斤頂進油支管；
[0052]47一第二同步閥； 48—第二同步閥；
[0053]49 一第二液壓千斤頂進油分管。

【具體實施方式】
[0054]實施例1
[0055]如圖1以及圖4?圖7所示，如圖1所示，本實用新型包括巷道支護模擬機構(gòu)、力口壓傳力機構(gòu)和支護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，
[0056]所述巷道支護模擬機構(gòu)由巷道外形模擬機構(gòu)和支護模擬機構(gòu)組成，所述巷道外形模擬機構(gòu)包括橫截面為回字形的巷道模型箱11和套裝在巷道模型箱11中間通道內(nèi)的橫截面為方形的橡膠圈10，所述巷道模型箱11內(nèi)部填充有壓實的用于模擬巷道圍巖的相似模擬材料21 ;所述支護模擬機構(gòu)包括用于卡合連接在橡膠圈10內(nèi)部側(cè)壁上和頂面上的方形鋼網(wǎng)43，以及用于固定連接在橡膠圈10內(nèi)部側(cè)壁上、頂面上和底面上的多塊矩形鋼板41，每塊所述矩形鋼板41上均設(shè)置有多個用于安裝錨桿8的錨桿孔42 ；
[0057]所述加壓傳力機構(gòu)包括底座6、側(cè)向加壓傳力機構(gòu)和軸向加壓傳力機構(gòu)，以及用于為側(cè)向加壓傳力機構(gòu)加載側(cè)壓提供動力的側(cè)壓動力系統(tǒng)和用于為軸向加壓傳力機構(gòu)加載軸壓提供動力的軸壓動力系統(tǒng)；所述側(cè)向加壓傳力機構(gòu)包括設(shè)置在底座6上且位于巷道模型箱11左側(cè)的左立柱20和位于巷道模型箱11右側(cè)的右立柱3，所述左立柱20緊貼巷道模型箱11設(shè)置，位于所述右立柱3與巷道模型箱11之間的底座6上設(shè)置有緊貼右立柱3的側(cè)向反力架4，位于側(cè)向反力架4與巷道模型箱11之間的底座6上設(shè)置有緊貼側(cè)向反力架4和巷道模型箱11的液壓鋼枕5 ;所述軸向加壓傳力機構(gòu)包括安裝在左立柱20和右立柱3頂部的軸向反力架1，以及均勻吊裝在軸向反力架I底部的四個液壓千斤頂2、安裝在巷道模型箱11頂部的傳力板16和安裝在傳力板16頂部的墊板17，所述墊板17頂部安裝有四個分別對應(yīng)位于四個液壓千斤頂2正下方的傳力座18 ;所述側(cè)壓動力系統(tǒng)包括第一液壓油箱34和一端與第一液壓油箱34連接的液壓鋼枕進油管35，所述液壓鋼枕進油管35的另一端與液壓鋼枕5的油口連接，所述液壓鋼枕進油管35上從連接第一液壓油箱34到液壓鋼枕5的油口的方向依次連接有第一雙向油泵33、第一換向閥32和第一壓力計31，位于第一換向閥32和第一壓力計31之間的一段液壓鋼枕進油管35上連接有接入第一液壓油箱34的第一溢流管38，所述第一溢流管38上連接有第一溢流閥37 ;所述軸壓動力系統(tǒng)包括第二液壓油箱23和一端與第二液壓油箱23連接的液壓千斤頂進油總管24，所述液壓千斤頂進油總管24的另一端通過第一同步閥30連接有第一液壓千斤頂進油支管45和第二液壓千斤頂進油支管46，所述第一液壓千斤頂進油支管45上通過第二同步閥47連接有兩條第二液壓千斤頂進油分管49，所述第二液壓千斤頂進油支管46上通過第三同步閥48連接有兩條第二液壓千斤頂進油分管49，四條第二液壓千斤頂進油分管49分別對應(yīng)與四個液壓千斤頂2的油口連接，所述液壓千斤頂進油總管24上從連接第二液壓油箱23到第一同步閥30的方向依次連接有第二雙向油泵25、第二換向閥26和第二壓力計29，位于第二換向閥26和第二壓力計29之間的一段液壓千斤頂進油總管24上連接有接入第二液壓油箱23的第二溢流管28，所述第二溢流管28上連接有第二溢流閥27 ；
[0058]所述支護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括用于對巷道模型箱11的軸向應(yīng)變進行檢測的軸向引伸計14和用于對巷道模型箱11的徑向應(yīng)變進行檢測的徑向引伸計9，以及EDC數(shù)字控制器39和聲發(fā)射信號采集器36，所述軸向引伸計14和徑向引伸計9十字交叉固定在固定器13上后設(shè)置在橡膠圈10內(nèi)，所述軸向引伸計14的兩端分別與橡膠圈10內(nèi)部頂面和底面緊密貼合，所述徑向引伸計9的兩端分別與橡膠圈10內(nèi)部左側(cè)壁和右側(cè)壁緊密貼合，所述軸向弓丨伸計14和徑向引伸計9均與EDC數(shù)字控制器39相接；每根所述錨桿8外露在橡膠圈10內(nèi)部的端部均安裝有用于對巷道模型箱11內(nèi)部的相似模擬材料21的聲發(fā)射信號進行檢測的聲發(fā)射傳感器12，所述聲發(fā)射傳感器12與聲發(fā)射信號采集器36的輸入端相接。
[0059]本實施例中，所述相似模擬材料21為煤巖粉。所述聲發(fā)射信號采集器36包括單片機36-1以及與單片機36-1相接的晶振電路模塊36-2、復(fù)位電路模塊36_3和用于與計算機通信的通信電路模塊36-4，所述單片機36-1的輸入端接有用于對信號進行放大、濾波和A/D轉(zhuǎn)換處理的信號調(diào)理電路模塊36-5,所述聲發(fā)射傳感器12與信號調(diào)理電路模塊36-5的輸入端相接，所述單片機36-1的輸出端接有液晶顯示屏36-6。具體地，所述通信電路模塊36-4為USB通信電路模塊或串口通信電路模塊。
[0060]本實施例中，所述傳力座18的形狀為圓臺形，能夠?qū)⑤S向力均勻地傳遞給巷道模型箱11和其內(nèi)部填充的相似模擬材料21。
[0061]采用本實用新型進行巷道支護實驗室模擬的具體過程包括以下步驟:
[0062]步驟一、巷道圍巖模擬:將相似模擬材料21壓實填充到巷道模型箱11內(nèi)部，巷道模型箱11與其內(nèi)部的相似模擬材料21整體模擬出了巷道圍巖；
[0063]步驟二、巷道支護模擬:首先，根據(jù)支護方案用電鉆機在橡膠圈10上打出穿透巷道模型箱11并穿入相似模擬材料21中的鉆孔；接著，在橡膠圈10內(nèi)部側(cè)壁上和頂面上卡合連接方形鋼網(wǎng)43 ;然后，在橡膠圈10上安裝數(shù)量與所述鉆孔數(shù)量相等的矩形鋼板41，且將所述矩形鋼板41上的錨桿孔42對準所述鉆孔；最后，在錨桿孔42和所述鉆孔中安裝錨桿8，并在錨桿8外露在橡膠圈10內(nèi)部的端部安裝聲發(fā)射傳感器12 ；
[0064]步驟三、加載側(cè)壓及軸壓給所述巷道圍巖，并對側(cè)壓及軸壓加載過程中的支護數(shù)據(jù)進行采集和記錄:啟動第一雙向油泵33并打開第一換向閥32，同時，啟動第二雙向油泵25并打開第二換向閥26 ;第一液壓油箱34內(nèi)的液壓油通過液壓鋼枕進油管35進入液壓鋼枕5內(nèi)，液壓鋼枕5對所述巷道圍巖加載側(cè)壓，第一壓力計31對液壓鋼枕進油管35內(nèi)的液壓油壓力進行實時檢測并顯示，當側(cè)壓液壓油壓力達到實驗所需加載的側(cè)壓值時，關(guān)閉第一換向閥32和第一雙向油泵33，側(cè)向加壓傳力機構(gòu)加載實驗所需加載的側(cè)壓給所述巷道圍巖；第二液壓油箱23內(nèi)的液壓油通過液壓千斤頂進油總管24、第一液壓千斤頂進油支管45、第二液壓千斤頂進油支管46和四條液壓千斤頂進油分管49進入四個液壓千斤頂2內(nèi)，液壓千斤頂2的活塞桿伸出，頂在傳力座18上，并將壓力通過傳力座18傳遞到墊板17上，墊板17再將壓力通過傳力板16傳遞到巷道模型箱11上，對所述巷道圍巖加載軸壓，第二壓力計29對液壓千斤頂進油總管24內(nèi)的液壓油壓力進行實時檢測并顯示，當軸壓液壓油壓力達到實驗所需加載的軸壓值時，關(guān)閉第二換向閥26和第二雙向油泵25，軸向加壓傳力機構(gòu)加載實驗所需加載的軸壓給所述巷道圍巖；
[0065]以上加載側(cè)壓及軸壓的過程中，所述聲發(fā)射傳感器12對巷道模型箱11內(nèi)部的相似模擬材料21的聲發(fā)射信號進行檢測并將所檢測到的聲發(fā)射信號輸出給聲發(fā)射信號采集器36，同時，所述軸向引伸計14對巷道模型箱11的軸向應(yīng)變進行檢測并將所檢測到的軸向應(yīng)變信號輸出給EDC數(shù)字控制器39，所述徑向引伸計9對巷道模型箱11的徑向應(yīng)變進行檢測并將所檢測到的徑向應(yīng)變信號輸出給EDC數(shù)字控制器39;實驗人員可以手動記錄聲發(fā)射信號采集器36采集到的聲發(fā)射信號以及EDC數(shù)字控制器39接收到的軸向應(yīng)變信號和徑向應(yīng)變信號，還可以將聲發(fā)射信號采集器36和EDC數(shù)字控制器39連接到計算機，通過計算機記錄聲發(fā)射信號采集器36采集到的聲發(fā)射信號以及EDC數(shù)字控制器39接收到的軸向應(yīng)變信號和徑向應(yīng)變信號。記錄的數(shù)據(jù)能夠為研究人員研究錨桿支護效果提供數(shù)據(jù)支持；通過對不同的錨桿支護方案進行以上實驗，就能夠得到不同錨桿支護方案下的多組數(shù)據(jù)，研究人員通過對比數(shù)據(jù)，能夠優(yōu)化出最適合特定巷道的支護方案。
[0066]實施例2
[0067]結(jié)合圖2，本實施例與實施例1不同的是:本實用新型還包括套裝在四個液壓千斤頂2外圍的沖擊鋼環(huán)19和用于對振動信號進行檢測的振動信號檢測裝置44，所述振動信號檢測裝置44的測振型速度傳感器探頭連接在底座6上。所述振動信號檢測裝置44為TPB0X-508型振動信號自記儀。其余結(jié)構(gòu)均與實施例1相同。
[0068]采用本實施例中的巷道支護實驗室模擬裝置進行巷道支護實驗室模擬的具體過程，與實施例1不同的是:
[0069]步驟三、在沖擊擾動下加載側(cè)壓及軸壓給所述巷道圍巖，并對側(cè)壓及軸壓加載過程中的支護數(shù)據(jù)進行采集和記錄，其具體過程如下:
[0070]步驟301、啟動第一雙向油泵33并打開第一換向閥32，同時，啟動第二雙向油泵25并打開第二換向閥26 ;第一液壓油箱34內(nèi)的液壓油通過液壓鋼枕進油管35進入液壓鋼枕5內(nèi)，液壓鋼枕5對所述巷道圍巖加載側(cè)壓，第一壓力計31對液壓鋼枕進油管35內(nèi)的液壓油壓力進行實時檢測并顯示，當側(cè)壓液壓油壓力達到實驗所需加載的側(cè)壓值時，關(guān)閉第一換向閥32和第一雙向油泵33，側(cè)向加壓傳力機構(gòu)加載實驗所需加載的側(cè)壓給所述巷道圍巖；第二液壓油箱23內(nèi)的液壓油通過液壓千斤頂進油總管24、第一液壓千斤頂進油支管45、第二液壓千斤頂進油支管46和四條液壓千斤頂進油分管49進入四個液壓千斤頂2內(nèi)，液壓千斤頂2的活塞桿伸出，頂在傳力座18上，并將壓力通過傳力座18傳遞到墊板17上，墊板17再將壓力通過傳力板16傳遞到巷道模型箱11上，對所述巷道圍巖加載軸壓，第二壓力計29對液壓千斤頂進油總管24內(nèi)的液壓油壓力進行實時檢測并顯示，當軸壓液壓油壓力達到實驗所需加載的軸壓值時，關(guān)閉第二換向閥26和第二雙向油泵25，軸向加壓傳力機構(gòu)加載實驗所需加載的軸壓給所述巷道圍巖；
[0071]步驟302、將沖擊鋼環(huán)19提起再放開，使沖擊鋼環(huán)19從高處沿著液壓千斤頂2自由下落到傳力座18上，形成對所述巷道圍巖的沖擊擾動；
[0072]沖擊擾動下加載側(cè)壓及軸壓的過程中，所述聲發(fā)射傳感器12對巷道模型箱11內(nèi)部的相似模擬材料21的聲發(fā)射信號進行檢測并將所檢測到的聲發(fā)射信號輸出給聲發(fā)射信號采集器36，同時，所述軸向引伸計14對巷道模型箱11的軸向應(yīng)變進行檢測并將所檢測到的軸向應(yīng)變信號輸出給EDC數(shù)字控制器39，所述徑向引伸計9對巷道模型箱11的徑向應(yīng)變進行檢測并將所檢測到的徑向應(yīng)變信號輸出給EDC數(shù)字控制器39 ;所述振動信號檢測裝置44對在沖擊擾動下所述巷道圍巖產(chǎn)生的振動信號進行檢測；實驗人員可以手動記錄聲發(fā)射信號采集器36采集到的聲發(fā)射信號和振動信號檢測裝置44檢測到的所述巷道圍巖產(chǎn)生的振動信號，以及EDC數(shù)字控制器39接收到的軸向應(yīng)變信號和徑向應(yīng)變信號，還可以將聲發(fā)射信號采集器36、EDC數(shù)字控制器39和振動信號檢測裝置44連接到計算機，通過計算機記錄聲發(fā)射信號采集器36采集到的聲發(fā)射信號和振動信號檢測裝置44檢測到的所述巷道圍巖產(chǎn)生的振動信號，以及EDC數(shù)字控制器39接收到的軸向應(yīng)變信號和徑向應(yīng)變信號。記錄的數(shù)據(jù)能夠為研究人員研究沖擊擾動下的錨桿支護效果提供數(shù)據(jù)支持；通過對同一種錨桿支護方案多次進行以上實驗，并在每次實驗時選用不同重量的沖擊鋼環(huán)19，或者將沖擊鋼環(huán)19提起到不同的高度再放開，就能夠得到同一種錨桿支護方案下的多組數(shù)據(jù)，研究人員通過對比數(shù)據(jù)，能夠研究不同的沖擊擾動對支護效果的影響；通過對不同的錨桿支護方案進行以上實驗，就能夠得到不同錨桿支護方案下的多組數(shù)據(jù)，研究人員通過對比數(shù)據(jù)，能夠優(yōu)化出最適合特定巷道的支護方案。
[0073]步驟一和步驟二均與實施例1相同。
[0074]實施例3
[0075]結(jié)合圖3，本實施例與實施例1不同的是:本實用新型還包括用于對振動信號進行檢測的振動信號檢測裝置44，所述底座6內(nèi)裝有位于巷道模型箱11的正下方且內(nèi)部裝有雷管的爆破箱7，所述振動信號檢測裝置44的測振型速度傳感器探頭連接在底座6上。所述振動信號檢測裝置44為TPB0X-508型振動信號自記儀。其余結(jié)構(gòu)均與實施例1相同。
[0076]采用本實施例中的巷道支護實驗室模擬裝置進行巷道支護實驗室模擬的具體過程，與實施例1不同的是:
[0077]步驟三、在爆破擾動下加載側(cè)壓及軸壓給所述巷道圍巖，并對側(cè)壓及軸壓加載過程中的支護數(shù)據(jù)進行采集和記錄，其具體過程如下:
[0078]步驟301、啟動第一雙向油泵33并打開第一換向閥32，同時，啟動第二雙向油泵25并打開第二換向閥26 ;第一液壓油箱34內(nèi)的液壓油通過液壓鋼枕進油管35進入液壓鋼枕5內(nèi)，液壓鋼枕5對所述巷道圍巖加載側(cè)壓，第一壓力計31對液壓鋼枕進油管35內(nèi)的液壓油壓力進行實時檢測并顯示，當側(cè)壓液壓油壓力達到實驗所需加載的側(cè)壓值時，關(guān)閉第一換向閥32和第一雙向油泵33，側(cè)向加壓傳力機構(gòu)加載實驗所需加載的側(cè)壓給所述巷道圍巖；第二液壓油箱23內(nèi)的液壓油通過液壓千斤頂進油總管24、第一液壓千斤頂進油支管45、第二液壓千斤頂進油支管46和四條液壓千斤頂進油分管49進入四個液壓千斤頂2內(nèi)，液壓千斤頂2的活塞桿伸出，頂在傳力座18上，并將壓力通過傳力座18傳遞到墊板17上，墊板17再將壓力通過傳力板16傳遞到巷道模型箱11上，對所述巷道圍巖加載軸壓，第二壓力計29對液壓千斤頂進油總管24內(nèi)的液壓油壓力進行實時檢測并顯示，當軸壓液壓油壓力達到實驗所需加載的軸壓值時，關(guān)閉第二換向閥26和第二雙向油泵25，軸向加壓傳力機構(gòu)加載實驗所需加載的軸壓給所述巷道圍巖；
[0079]步驟302、引爆爆破箱7內(nèi)的雷管，形成對所述巷道圍巖的爆破擾動；
[0080]爆破擾動下加載側(cè)壓及軸壓的過程中，所述聲發(fā)射傳感器12對巷道模型箱11內(nèi)部的相似模擬材料21的聲發(fā)射信號進行檢測并將所檢測到的聲發(fā)射信號輸出給聲發(fā)射信號采集器36，同時，所述軸向引伸計14對巷道模型箱11的軸向應(yīng)變進行檢測并將所檢測到的軸向應(yīng)變信號輸出給EDC數(shù)字控制器39，所述徑向引伸計9對巷道模型箱11的徑向應(yīng)變進行檢測并將所檢測到的徑向應(yīng)變信號輸出給EDC數(shù)字控制器39;所述振動信號檢測裝置44對在爆破擾動下所述巷道圍巖產(chǎn)生的振動信號進行檢測；實驗人員可以手動記錄聲發(fā)射信號采集器36采集到的聲發(fā)射信號和振動信號檢測裝置44檢測到的所述巷道圍巖產(chǎn)生的振動信號，以及EDC數(shù)字控制器39接收到的軸向應(yīng)變信號和徑向應(yīng)變信號，還可以將聲發(fā)射信號采集器36、EDC數(shù)字控制器39和振動信號檢測裝置44連接到計算機，通過計算機記錄聲發(fā)射信號采集器36采集到的聲發(fā)射信號和振動信號檢測裝置44檢測到的所述巷道圍巖產(chǎn)生的振動信號，以及EDC數(shù)字控制器39接收到的軸向應(yīng)變信號和徑向應(yīng)變信號。記錄的數(shù)據(jù)能夠為研究人員研究爆破擾動下的錨桿支護效果提供數(shù)據(jù)支持；通過對同一種錨桿支護方案多次進行以上實驗，并在每次實驗時在爆破箱7內(nèi)裝入不同數(shù)量的雷管，就能夠得到同一種錨桿支護方案下的多組數(shù)據(jù)，研究人員通過對比數(shù)據(jù)，能夠研究不同的爆破擾動對支護效果的影響；通過對不同的錨桿支護方案進行以上實驗，就能夠得到不同錨桿支護方案下的多組數(shù)據(jù)，研究人員通過對比數(shù)據(jù)，能夠優(yōu)化出最適合特定巷道的支護方案。[0081 ] 步驟一和步驟二均與實施例1相同。
[0082] 以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實用新型技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種巷道支護實驗室模擬裝置，其特征在于:包括巷道支護模擬機構(gòu)、加壓傳力機構(gòu)和支護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)， 所述巷道支護模擬機構(gòu)由巷道外形模擬機構(gòu)和支護模擬機構(gòu)組成，所述巷道外形模擬機構(gòu)包括橫截面為回字形的巷道模型箱(11)和套裝在巷道模型箱(11)中間通道內(nèi)的橫截面為方形的橡膠圈(10)，所述巷道模型箱(11)內(nèi)部填充有壓實的用于模擬巷道圍巖的相似模擬材料(21);所述支護模擬機構(gòu)包括用于卡合連接在橡膠圈(10)內(nèi)部側(cè)壁上和頂面上的方形鋼網(wǎng)(43)，以及用于固定連接在橡膠圈(10)內(nèi)部側(cè)壁上、頂面上和底面上的多塊矩形鋼板(41)，每塊所述矩形鋼板(41)上均設(shè)置有多個用于安裝錨桿(8)的錨桿孔(42)；所述加壓傳力機構(gòu)包括底座(6)、側(cè)向加壓傳力機構(gòu)和軸向加壓傳力機構(gòu)，以及用于為側(cè)向加壓傳力機構(gòu)加載側(cè)壓提供動力的側(cè)壓動力系統(tǒng)和用于為軸向加壓傳力機構(gòu)加載軸壓提供動力的軸壓動力系統(tǒng)；所述側(cè)向加壓傳力機構(gòu)包括設(shè)置在底座(6)上且位于巷道模型箱(11)左側(cè)的左立柱(20)和位于巷道模型箱(11)右側(cè)的右立柱(3)，所述左立柱(20)緊貼巷道模型箱(11)設(shè)置，位于所述右立柱(3)與巷道模型箱(11)之間的底座(6)上設(shè)置有緊貼右立柱⑶的側(cè)向反力架(4)，位于側(cè)向反力架(4)與巷道模型箱(11)之間的底座(6)上設(shè)置有緊貼側(cè)向反力架(4)和巷道模型箱(11)的液壓鋼枕(5);所述軸向加壓傳力機構(gòu)包括安裝在左立柱(20)和右立柱(3)頂部的軸向反力架(I)，以及均勻吊裝在軸向反力架(I)底部的四個液壓千斤頂(2)、安裝在巷道模型箱(11)頂部的傳力板(16)和安裝在傳力板(16)頂部的墊板(17)，所述墊板(17)頂部安裝有四個分別對應(yīng)位于四個液壓千斤頂(2)正下方的傳力座(18);所述側(cè)壓動力系統(tǒng)包括第一液壓油箱(34)和一端與第一液壓油箱(34)連接的液壓鋼枕進油管(35)，所述液壓鋼枕進油管(35)的另一端與液壓鋼枕(5)的油口連接，所述液壓鋼枕進油管(35)上從連接第一液壓油箱(34)到液壓鋼枕(5)的油口的方向依次連接有第一雙向油泵(33)、第一換向閥(32)和第一壓力計(31)，位于第一換向閥(32)和第一壓力計(31)之間的一段液壓鋼枕進油管(35)上連接有接入第一液壓油箱(34)的第一溢流管(38)，所述第一溢流管(38)上連接有第一溢流閥(37);所述軸壓動力系統(tǒng)包括第二液壓油箱(23)和一端與第二液壓油箱(23)連接的液壓千斤頂進油總管(24)，所述液壓千斤頂進油總管(24)的另一端通過第一同步閥(30)連接有第一液壓千斤頂進油支管(45)和第二液壓千斤頂進油支管(46)，所述第一液壓千斤頂進油支管(45)上通過第二同步閥(47)連接有兩條第二液壓千斤頂進油分管(49)，所述第二液壓千斤頂進油支管(46)上通過第三同步閥(48)連接有兩條第二液壓千斤頂進油分管(49)，四條第二液壓千斤頂進油分管(49)分別對應(yīng)與四個液壓千斤頂(2)的油口連接，所述液壓千斤頂進油總管(24)上從連接第二液壓油箱(23)到第一同步閥(30)的方向依次連接有第二雙向油泵(25)、第二換向閥(26)和第二壓力計(29)，位于第二換向閥(26)和第二壓力計(29)之間的一段液壓千斤頂進油總管(24)上連接有接入第二液壓油箱(23)的第二溢流管(28)，所述第二溢流管(28)上連接有第二溢流閥(27)； 所述支護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括用于對巷道模型箱(11)的軸向應(yīng)變進行檢測的軸向引伸計(14)和用于對巷道模型箱(11)的徑向應(yīng)變進行檢測的徑向引伸計(9)，以及EDC數(shù)字控制器(39)和聲發(fā)射信號采集器(36)，所述軸向引伸計(14)和徑向引伸計(9)十字交叉固定在固定器(13)上后設(shè)置在橡膠圈(10)內(nèi)，所述軸向引伸計(14)的兩端分別與橡膠圈(10)內(nèi)部頂面和底面緊密貼合，所述徑向引伸計(9)的兩端分別與橡膠圈(10)內(nèi)部左側(cè)壁和右側(cè)壁緊密貼合，所述軸向引伸計(14)和徑向引伸計(9)均與EDC數(shù)字控制器(39)相接；每根所述錨桿⑶外露在橡膠圈(10)內(nèi)部的端部均安裝有用于對巷道模型箱(11)內(nèi)部的相似模擬材料(21)的聲發(fā)射信號進行檢測的聲發(fā)射傳感器(12)，所述聲發(fā)射傳感器(12)與聲發(fā)射信號米集器(36)的輸入端相接。
2.按照權(quán)利要求1所述的巷道支護實驗室模擬裝置，其特征在于:包括套裝在四個液壓千斤頂(2)外圍的沖擊鋼環(huán)(19)和用于對振動信號進行檢測的振動信號檢測裝置(44)，所述振動信號檢測裝置(44)的測振型速度傳感器探頭連接在底座(6)上。
3.按照權(quán)利要求1所述的巷道支護實驗室模擬裝置，其特征在于:包括用于對振動信號進行檢測的振動信號檢測裝置(44)，所述底座(6)內(nèi)裝有位于巷道模型箱(11)的正下方且內(nèi)部裝有雷管的爆破箱(7)，所述振動信號檢測裝置(44)的測振型速度傳感器探頭連接在底座(6)上。
4.按照權(quán)利要求1、2或3所述的巷道支護實驗室模擬裝置，其特征在于:所述相似模擬材料(21)為煤巖粉。
5.按照權(quán)利要求1、2或3所述的巷道支護實驗室模擬裝置，其特征在于:所述聲發(fā)射信號采集器(36)包括單片機(36-1)以及與單片機(36-1)相接的晶振電路模塊(36_2)、復(fù)位電路模塊(36-3)和用于與計算機通信的通信電路模塊(36-4)，所述單片機(36-1)的輸入端接有用于對信號進行放大、濾波和A/D轉(zhuǎn)換處理的信號調(diào)理電路模塊(36-5)，所述聲發(fā)射傳感器(12)與信號調(diào)理電路模塊(36-5)的輸入端相接，所述單片機(36-1)的輸出端接有液晶顯示屏(36-6)。
6.按照權(quán)利要求5所述的巷道支護實驗室模擬裝置，其特征在于:所述通信電路模塊(36-4)為USB通信電路模塊或串口通信電路模塊。
7.按照權(quán)利要求1、2或3所述的巷道支護實驗室模擬裝置，其特征在于:所述傳力座(18)的形狀為圓臺形。
8.按照權(quán)利要求2或3所述的巷道支護實驗室模擬裝置，其特征在于:所述振動信號檢測裝置(44)為TPB0X-508型振動信號自記儀。
【文檔編號】G01N3/00GK204064783SQ201420543024
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】張?zhí)燔? 魏文偉, 于勝紅, 任金虎, 李偉, 宋爽, 張磊, 成小雨, 尚宏波, 王乾, 包若羽 申請人:西安科技大學