一種膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗裝置及試驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于隧道工程、地下工程、采礦工程圍巖控制技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種膨脹 軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗裝置及試驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著煤炭開采程度加劇，東部資源日漸枯竭，中部受資源與環(huán)境約束的矛盾日益 加劇，資源開發(fā)加速向西部轉(zhuǎn)移。西部資源豐富，開發(fā)潛力大，預(yù)計到2015年底，西部地區(qū) 煤炭產(chǎn)量將達(dá)到20. 9億噸，將占全國煤炭產(chǎn)量的53%，西部地區(qū)礦井持續(xù)健康發(fā)展對保障 國家能源安全具有重要作用。
[0003] 巷道控制問題一直是困擾我國煤礦安全高效開采的關(guān)鍵問題之一。長期W來，巷 道支護(hù)理論和技術(shù)作為采礦工程領(lǐng)域的研究重點，已對多種復(fù)雜條件巷道圍巖變形機理及 控制技術(shù)進(jìn)行了系列研究，取得了豐碩成果，包括破碎圍巖巷道支護(hù)技術(shù)、大斷面巷道支護(hù) 技術(shù)、深井高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)技術(shù)、沿空巷道支護(hù)技術(shù)等，獲得了多種組合支護(hù)方式，如 錯網(wǎng)噴+錯索+架棚+注漿聯(lián)合支護(hù)方式，有效解決了大量復(fù)雜條件巷道支護(hù)難題。
[0004] 內(nèi)蒙古自治區(qū)是西部主要產(chǎn)煤省份之一，其蒙東褐煤主產(chǎn)區(qū)遭遇膨脹軟巖巷道支 護(hù)難題，該類巷道變形呈現(xiàn)持續(xù)的非線性大變形特征，現(xiàn)已嘗試采用錯網(wǎng)噴+U36型鋼聯(lián)合 支護(hù)、錯網(wǎng)噴+12#礦用工字鋼對棚聯(lián)合支護(hù)，均未取得預(yù)期效果。在內(nèi)蒙古自治區(qū)上海廟 礦區(qū)，W及陜西、甘肅、寧夏、新疆境內(nèi)亦存在嚴(yán)重的膨脹軟巖巷道支護(hù)難題，該難題已成為 當(dāng)前煤礦安全生產(chǎn)面臨的重要課題。
[0005] 膨脹軟巖中含有較高比例的膨脹性粘±礦物，巖層膠結(jié)程度差，屬于力學(xué)強度較 低的極軟巖層，現(xiàn)有支護(hù)方式W及相關(guān)支護(hù)方式的組合根本無法取得預(yù)期效果。在該特殊 地質(zhì)條件下，大部分巷道陷入前掘后修的困境，運大大增加預(yù)算投資，同時嚴(yán)重威脅礦井安 全生產(chǎn)。
[0006] 膨脹軟巖巷道支護(hù)問題已成為制約煤炭企業(yè)發(fā)展，甚至制約西部煤炭新區(qū)順利建 設(shè)的一大瓶頸。突破該瓶頸，研究膨脹軟巖巷道圍巖損傷演化機理，對保證該特殊條件礦井 安全生產(chǎn)具有重要意義，同時將為我國煤炭企業(yè)持續(xù)健康發(fā)展提供有力保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有膨脹軟巖損傷演化相似模擬研究中試驗裝置的缺 陷，提供了一種膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗裝置及試驗方法，所述裝置具有簡單 便捷、操作方便、圍巖膨脹條件與現(xiàn)場一致、圍巖膨脹過程形象再現(xiàn)、圍巖膨脹壓力精確測 定等優(yōu)點。
[0008] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案予W實現(xiàn)：
[0009] 一種膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗裝置，所述裝置包括基本框架結(jié)構(gòu)、模 型巷道、連接螺栓；所述基本框架結(jié)構(gòu)包括上側(cè)框架、下側(cè)框架、左側(cè)框架、右側(cè)框架、前側(cè) 框架和后側(cè)框架；所述6側(cè)框架的每側(cè)框架均由厚板和薄板兩塊有機玻璃板組成；所述厚 板厚度為20~30mm，所述厚板位于框架外側(cè)；所述薄板厚度為10~20mm，薄板位于框架內(nèi) 側(cè)。
[0010] 與現(xiàn)有相似模擬試驗裝置相比，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是：本發(fā)明所述裝置可 W有效克服現(xiàn)有裝置對圍巖膨脹變形條件難W精確控制，W及對圍巖膨脹變形中的膨脹壓 力難W精確測定等缺陷，該裝置密封性好，可W有效隔絕空氣，最大限度降低外部條件對圍 巖膨脹變形的影響。試驗過程中可W根據(jù)圍巖重量，定時、定量、均勻?qū)鷰r加水，從而進(jìn)行 不同含水率下圍巖膨脹損傷演化試驗。試驗過程中傳感器與裝置表面接觸好，可W有效提 高壓力測試精度。結(jié)合模型巷道具體形狀及尺寸，可W實現(xiàn)巷道開挖精確控制。該圍巖損 傷相似模擬試驗裝置將為膨脹軟巖巷道圍巖損傷機理研究提供新的思路和方法。
[0011] 結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明的【具體實施方式】后，本發(fā)明的其他特點和優(yōu)點將變得更加清 楚。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明所述膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗裝置Ξ向視圖。
[0013] 圖2為本發(fā)明所述膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗裝置左右兩側(cè)框架示意 圖。其中（a)為左側(cè)框架圖，化）為右側(cè)框架圖。
[0014] 圖3為本發(fā)明所述膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗裝置左右框架兩板結(jié)構(gòu) 示意圖。其中（a)為厚板結(jié)構(gòu)圖，化）為薄板結(jié)構(gòu)圖。
[0015] 圖4為本發(fā)明所述膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗裝置前后兩側(cè)框架示意 圖。其中（a)為后側(cè)框架圖，化）為前側(cè)框架圖。
[0016] 圖5為本發(fā)明所述膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗裝置前后框架兩板結(jié)構(gòu) 示意圖。其中（a)為厚板結(jié)構(gòu)圖，化）為薄板結(jié)構(gòu)圖。
[0017] 圖6為本發(fā)明所述膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗裝置下側(cè)框架示意圖。
[0018] 圖7為本發(fā)明所述膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗裝置下側(cè)框架兩板結(jié)構(gòu) 示意圖。其中（a)為厚板結(jié)構(gòu)圖，化）為薄板結(jié)構(gòu)圖。
[0019] 圖8為本發(fā)明所述膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗裝置上側(cè)框架示意圖。
[0020] 圖9為本發(fā)明所述膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗裝置上側(cè)框架兩板結(jié)構(gòu) 示意圖。其中（a)為厚板結(jié)構(gòu)圖，化）為薄板結(jié)構(gòu)圖。
[0021] 圖10為本發(fā)明所述膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗裝置模型巷道示意圖。
[0022] 圖中，1、上側(cè)框架厚板；2、上側(cè)框架薄板；3、左側(cè)框架厚板；4、左側(cè)框架薄板；5、 下側(cè)框架厚板；6、下側(cè)框架薄板；7、右側(cè)框架厚板；8、右側(cè)框架薄板；9、后側(cè)框架厚板；10、 后側(cè)框架薄板；11、前側(cè)框架厚板；12、前側(cè)框架薄板；13、壓力傳感器安裝槽；14、預(yù)加水 孔；15、螺孔；16、連接螺栓；17、上側(cè)凹槽；18、下側(cè)凹槽；19、左側(cè)凹槽；20、右側(cè)凹槽；21、 矩形開挖口；22、模型巷道。
【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0024] 實施例1
[00巧]如圖1所示，本發(fā)明所述膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗裝置包括基本框架 結(jié)構(gòu)、連接螺栓16和模型巷道22 Ξ部分。
[0026] 如圖1所示，基本框架結(jié)構(gòu)包括上側(cè)框架、下側(cè)框架、左側(cè)框架、右側(cè)框架、前側(cè)框 架和后側(cè)框架，所述6側(cè)框架的每側(cè)框架均由厚板和薄板兩塊有機玻璃板組成；具體為上 側(cè)框架的厚板1和薄板2、下側(cè)框架的厚板5和薄板6、左側(cè)框架的厚板3和薄板4、右側(cè)框 架的厚板7和薄板8、前側(cè)框架的厚板11和薄板12、后側(cè)框架的厚板9和薄板10。所述厚 板和薄板在其中央位置、W及中央位置向上、下、左、右四個方向每隔200~300mm加工有壓 力傳感器安裝槽13,壓力傳感器安裝槽13凹向厚板和薄板。
[0027] 如圖2所示，基本框架結(jié)構(gòu)的左側(cè)框架的厚板3和右側(cè)框架的厚板7長度、寬度尺 寸均一致，左側(cè)框架的薄板4和右側(cè)框架的薄板8長度、寬度尺寸一致。
[0028] 如圖3所示，基本框架結(jié)構(gòu)的左右兩側(cè)框架的厚板3和厚板7的邊緣分別加工有 上側(cè)凹槽17、下側(cè)凹槽18、左側(cè)凹槽19、右側(cè)凹槽20。在所述厚板3、7和薄板4、8的四角 位置分別加工有四個螺孔15。
[0029] 如圖4所示，基本框架結(jié)構(gòu)的前側(cè)框架的厚板11、后側(cè)框架的厚板9、前側(cè)框架的 薄板12和后側(cè)框架的薄板10長度、寬度尺寸一致。
[0030] 如圖5所示，基本框架結(jié)構(gòu)的前后兩側(cè)框架的厚板11、9和薄板12、10的中間位置 加工有矩形開挖口 21。
[0031] 如圖6所示，基本框架結(jié)構(gòu)的下側(cè)框架的厚板5和薄板6長度、寬度尺寸一致。
[0032] 如圖8所示，基本框架結(jié)構(gòu)的上側(cè)框架的厚板1和薄板2長度、寬度尺寸一致。
[0033] 如圖9所示，基本框架結(jié)構(gòu)的上側(cè)框架的厚板1和薄板2均勻布置預(yù)加水孔15。
[0034] 如圖10所示，模型巷道22為中空的直墻半圓拱形式。
[0035] 本發(fā)明所述膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗裝置的制作及組裝方法如下：將 有機玻璃板根據(jù)要求，制作上側(cè)框