隔 為?η。
[0031 ]所述振動(dòng)荷載23，當(dāng)由頂部振動(dòng)油缸4產(chǎn)生時(shí)，模擬振源位于模型巷道上方巖層， 模擬的對(duì)象是巷道上部由頂板斷裂釋放能量等因素產(chǎn)生的振動(dòng)；當(dāng)由底部振動(dòng)油缸5產(chǎn)生 時(shí)，模擬振源位于遠(yuǎn)區(qū)采空區(qū)位置，模擬的對(duì)象為采空區(qū)頂板周期性垮落產(chǎn)生的地震波，傳 播至模型巷道區(qū)域時(shí)引起的振動(dòng);振動(dòng)荷載23的相關(guān)參數(shù)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)確定，也可 根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)按照1~2級(jí)天然地震的參數(shù)選取。
[0032]所述振動(dòng)荷載23,首次施加的時(shí)間Τ3可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求確定，其后每次施加的時(shí)間 間隔?η的確定，需要先選取合理的周期來(lái)壓步距，再根據(jù)回采速率換算得到周期來(lái)壓間隔 時(shí)間，最后通過(guò)相似比即可確定時(shí)間間隔?η ;在合理的范圍內(nèi)，Τη的選取也可以不拘泥于此， 而是根據(jù)實(shí)驗(yàn)的研究需求確定。
[0033]所述振動(dòng)荷載23,應(yīng)先由底部振動(dòng)油缸5施加，內(nèi)框架2在底部振動(dòng)油缸5的作用下 通過(guò)滾輪組11沿著導(dǎo)軌10,相對(duì)于外框架1產(chǎn)生上下振動(dòng)；隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，到試驗(yàn)后期再 通過(guò)頂部振動(dòng)油缸4產(chǎn)生振動(dòng)荷載23,直接作用在實(shí)驗(yàn)材料19上;底部振動(dòng)油缸5和頂部振 動(dòng)油缸4的使用，應(yīng)根據(jù)所要研究對(duì)象的實(shí)際工況、工程經(jīng)驗(yàn)等合理安排施加時(shí)間和相關(guān)參 數(shù)。
[0034] 實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，首先需要填筑實(shí)驗(yàn)材料19,如圖6所示，達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度后，開(kāi)挖并支護(hù) 好模型巷道，然后在實(shí)驗(yàn)材料19的前方安裝有機(jī)玻璃板20，前方繼續(xù)安裝前擋板15，與此同 時(shí)安裝后擋板17,完成實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作。
[0035] 所述實(shí)驗(yàn)材料19 一般選用水泥、砂、石膏等混合料加水?dāng)嚢柚瞥?，并在試?yàn)機(jī)內(nèi)分 層澆筑、壓實(shí)，各層材料的力學(xué)參數(shù)與原型中各巖層的力學(xué)參數(shù)之間滿(mǎn)足相似理論。
[0036] 所述前擋板15、后擋板17可選用工字鋼作骨架，在兩側(cè)腹板位置焊接鋼板制作而 成，并鉆有螺栓孔，可以與內(nèi)框架立柱13通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接。
[0037] 所述模型巷道，應(yīng)布置在可視窗口 16的范圍內(nèi)，便于試驗(yàn)過(guò)程中觀察模型巷道的 變形破壞;模型巷道的尺寸、支護(hù)材料的選擇，應(yīng)根據(jù)研究對(duì)象巷道的實(shí)際情況，結(jié)合相似 理論來(lái)確定和選材。
[0038] 完成實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作后，利用頂部靜載油缸3對(duì)實(shí)驗(yàn)材料19進(jìn)行加載，加載至初始 值L，并穩(wěn)定一段時(shí)間。
[0039] 所述初始值L，為實(shí)驗(yàn)材料19上表面所需要補(bǔ)償?shù)淖灾貞?yīng)力值，其值的確定需要計(jì) 算原型中對(duì)應(yīng)位置的自重應(yīng)力，再通過(guò)相似比換算得到。
[0040] 隨后開(kāi)始進(jìn)行試驗(yàn)第一部分，通過(guò)頂部靜載油缸3對(duì)實(shí)驗(yàn)材料19施加超前支承壓 力作用;在試驗(yàn)第一部分進(jìn)行的過(guò)程中，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)第二部分，通過(guò)底部振動(dòng)油 缸5和頂部振動(dòng)油缸4施加振動(dòng)荷載23。
[0041] 待頂部靜載油缸3卸載至0后，完成試驗(yàn)。
[0042] 在試驗(yàn)過(guò)程中，可通過(guò)提前布設(shè)的測(cè)點(diǎn)，觀察記錄模型巷道區(qū)域的變形和內(nèi)部壓 力的變化。
[0043] 若要更為真實(shí)的反映巷道開(kāi)挖過(guò)程中，巷道的圍巖變形和壓力變化，則可以通過(guò) 改裝后擋板17,預(yù)留開(kāi)挖窗口，在實(shí)驗(yàn)材料19填筑并達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度后，先安裝前擋板15、后 擋板17、有機(jī)玻璃板20，通過(guò)頂部靜載油缸3加載至初始值L后，通過(guò)預(yù)留的開(kāi)挖窗口對(duì)實(shí)驗(yàn) 材料19進(jìn)行模型巷道的開(kāi)挖與支護(hù)，在此過(guò)程中觀察記錄模型巷道區(qū)域的圍巖變形和壓力 變化。
[0044] 通過(guò)試驗(yàn)表明，應(yīng)用該種方法及裝置進(jìn)行物理模型試驗(yàn)后，能有效地減小工作量， 提高試驗(yàn)效率，能較為針對(duì)性地研究采動(dòng)壓力與巷道變形破壞特征的關(guān)系。
[0045] 本發(fā)明的動(dòng)壓巷道支護(hù)物理模型試驗(yàn)裝置及方法，優(yōu)點(diǎn)在于：內(nèi)框架整體可在外 框架內(nèi)部上下振動(dòng)，因此不再需要設(shè)置面積較大的振動(dòng)臺(tái)，減少了設(shè)備的占用空間；不需要 通過(guò)工作面的推進(jìn)來(lái)模擬采動(dòng)壓力，將巷道所受的采動(dòng)壓力分解為靜載荷和動(dòng)載荷兩部分 直接施加給模型巷道，靜載荷為超前支承壓力的影響，通過(guò)頂部靜載油缸3進(jìn)行模擬加載， 動(dòng)載荷為采區(qū)頂板斷裂、垮落等因素對(duì)巷道產(chǎn)生的振動(dòng)作用，通過(guò)頂部振動(dòng)油缸4、底部振 動(dòng)油缸5進(jìn)行加載，能定量地研究采動(dòng)壓力與模型巷道變形破壞之間的聯(lián)系。容易操作、占 用空間少、勞動(dòng)強(qiáng)度低、經(jīng)濟(jì)性好，適宜在有關(guān)動(dòng)壓巷道的物理模型實(shí)驗(yàn)中推廣應(yīng)用。
[0046] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范 圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種動(dòng)壓巷道支護(hù)物理模型試驗(yàn)裝置及方法，其特征在于，裝置包含內(nèi)框架、外框架 兩部分，內(nèi)框架頂梁設(shè)有頂部靜載油缸和頂部振動(dòng)油缸，外框架底梁設(shè)有底部振動(dòng)油缸，內(nèi) 框架、外框架分別設(shè)有滾輪組和導(dǎo)軌，可以使內(nèi)框架整體隨底部振動(dòng)油缸的作用在外框架 內(nèi)部上下振動(dòng)。由于內(nèi)框架整體可在外框架內(nèi)部上下振動(dòng)，因此不再需要設(shè)置面積較大的 振動(dòng)臺(tái)，減少了設(shè)備的占用空間。2. -種動(dòng)壓巷道支護(hù)物理模型試驗(yàn)裝置及方法，其特征在于，試驗(yàn)基本原理是將巷道 所受的采動(dòng)壓力分解為靜載荷和動(dòng)載荷兩部分直接施加給模型巷道，靜載荷為超前支承壓 力的影響，通過(guò)頂部靜載油缸進(jìn)行模擬加載，動(dòng)載荷為采區(qū)頂板斷裂、垮落等因素對(duì)巷道產(chǎn) 生的振動(dòng)作用，通過(guò)頂部振動(dòng)油缸、底部振動(dòng)油缸進(jìn)行加載。由于不需要通過(guò)工作面的推進(jìn) 來(lái)模擬采動(dòng)壓力，所以減少了模型尺寸，降低了實(shí)驗(yàn)的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)成本，還可以 定量地研究采動(dòng)壓力與巷道變形破壞之間的聯(lián)系。3. 根據(jù)權(quán)利要求1~2所述的動(dòng)壓巷道支護(hù)物理模型試驗(yàn)裝置及方法，其特征在于，所 述頂部靜載油缸，模擬超前支承壓力的作用，按照超前支承壓力變化規(guī)律進(jìn)行加載，變化規(guī) 律可通過(guò)函數(shù)表示，函數(shù)曲線分為加載和卸載兩階段，加載階段函數(shù)的基本形式為 %-￡^01>〇)，初始值為1^，終值為!1;卸載階段函數(shù)的基本形式為《:2_#(4<〇)，從加載階 段的終值Η開(kāi)始卸載至初始值L后，隨即卸載至0; 所述初始值L，為實(shí)驗(yàn)材料上表面所需要補(bǔ)償?shù)淖灾貞?yīng)力值，其值的確定需要計(jì)算原型 中對(duì)應(yīng)位置的自重應(yīng)力，再通過(guò)相似比換算得到； 所述終值Η為初始值L的Κ倍，Κ即為超前支承壓力集中系數(shù);所述超前支承壓力集中系 數(shù)Κ，需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)確定。4. 根據(jù)權(quán)利要求1~2所述的動(dòng)壓巷道支護(hù)物理模型試驗(yàn)裝置及方法，其特征在于，所 述底部振動(dòng)油缸，施加振動(dòng)作用時(shí)，可以帶動(dòng)內(nèi)框架整體，利用滾輪組沿著導(dǎo)軌相對(duì)于外框 架產(chǎn)生上下振動(dòng)，以模擬采空區(qū)頂板周期性垮落產(chǎn)生的地震波，傳播至巷道區(qū)域時(shí)引起的 振動(dòng)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1~2所述的動(dòng)壓巷道支護(hù)物理模型試驗(yàn)裝置及方法，其特征在于，所 述頂部振動(dòng)油缸，直接作用于模型材料頂部，以模擬巷道上部由采區(qū)頂板斷裂釋放能量等 因素產(chǎn)生的振動(dòng)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種動(dòng)壓巷道支護(hù)物理模型試驗(yàn)裝置及方法，裝置包含內(nèi)、外框架兩部分，內(nèi)框架設(shè)有頂部靜載油缸和頂部振動(dòng)油缸，外框架設(shè)有底部振動(dòng)油缸，內(nèi)、外框架分別設(shè)有滾輪組和導(dǎo)軌，可以使內(nèi)框架整體隨底部振動(dòng)油缸的作用在外框架內(nèi)部上下振動(dòng)；試驗(yàn)基本原理是將巷道所受的采動(dòng)壓力分解為靜載荷和動(dòng)載荷兩部分直接施加給模型巷道，靜載荷為超前支承壓力的影響，通過(guò)頂部靜載油缸進(jìn)行加載，動(dòng)載荷為采區(qū)頂板斷裂、垮落等因素產(chǎn)生的振動(dòng)作用，通過(guò)頂、底部振動(dòng)油缸進(jìn)行加載。由于內(nèi)框架整體可在外框架內(nèi)部上下振動(dòng)，因此不再需要設(shè)置面積較大的振動(dòng)臺(tái)，減少了設(shè)備的占用空間；加之不需要通過(guò)工作面的推進(jìn)來(lái)模擬采動(dòng)壓力，所以減少了模型尺寸，降低了實(shí)驗(yàn)的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)成本，還可以定量地研究采動(dòng)壓力與巷道變形破壞之間的聯(lián)系。
【IPC分類(lèi)】G01N33/24
【公開(kāi)號(hào)】CN105675840
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511021371
【發(fā)明人】單仁亮, 黃博, 白瑤, 孔祥松, 原鴻鵠
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)
【公開(kāi)日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日