一个模拟工作面进行全部回采模拟。
[0081]如果有需要，可以对另外两个矩形大钢板A6之间的另一排矩形小钢板A7重复上述步骤，即可实现煤层的不同水平的工作面同回采模拟试验。
[0082]上述模拟试验中，水平面夹角α= 0°时，为煤层的水平开采模拟。水平面夹角α在0°时，为煤层的倾斜开采模拟。
[0083]实施例3:金属矿崩落法开采模拟
[0084]步骤I?4:与实施例1中模拟巷道掘进一致;直到完成第一个巷道的开挖。然后采取下列步骤来模拟金属矿崩落法开采生产:
[0085]步骤5:操控垂直加载系统Α15、水平前后加载系统Α14、水平左右加载系统Α13，控制并制造震动，模拟一个工作面的一次现场爆破。
[0086]操控各个加载系统的各个千斤顶之间相互配合，模拟出一次现场爆破，即为实际生产中的“落矿”。
[0087]步骤6:直接将震动形成的岩体模型Α12碎块排出。
[0088]震动形成的岩体模型Α12碎块即为模拟实际生产中的崩落下来的“矿石”；将“矿石”排出后完成本次模拟，也可进行下一步模拟。
[0089]如果不仅仅是模拟一个工作面的一次现场爆破，而是需要对整个区段的开采进行模拟，在步骤6之后还应采取下述步骤:
[0090]步骤7:拆除下一块矩形小钢板Α7;
[0091]步骤8:操控垂直加载系统Α15、水平前后加载系统Α14、水平左右加载系统Α13，控制并制造震动，再次模拟一个工作面的一次现场爆破；
[0092]步骤9:重复步骤7、8，直至完成本区段开采模拟。
[0093]根据模拟的情况需要，步骤7中可以在已拆除的第一个矩形小钢板Α7的相邻位置拆除下一块矩形小钢板Α7;也可以在同一排位置上选取一块矩形小钢板Α7。
[0094]如果有需要针对整个金属矿开采模拟，在步骤9后还应采取下述步骤:
[0095]步骤10:对另一排矩形小钢板A7重复上述步骤5?9，可以实现不同水平的金属矿崩落法开采模拟。
[0096]上述模拟试验中，水平面夹角α= 0°时，为金属矿崩落法水平开采模拟。水平面夹角α在0°时，为金属矿崩落法的倾斜开采模拟。
[0097]本实施例中，类似的，首先架构反力架AO，然后利用机器人或人工模拟挖掘一个工作面，随后再启动水平左右加载系统Α13、水平前后加载系统Α14及垂直加载系统Α15等设备(具体的可以操控、配合各个上侧震动千斤顶Α18、各个左侧震动千斤顶Α16和各个后侧震动千斤顶Α17)，控制并制造震动，每次模拟一个工作面的一次现场爆破，多次重复模拟，完全实现模拟金属矿崩落法开采采矿。
[0098]实施例4:房柱法开采模拟
[0099]步骤I与实施例1中模拟巷道掘进一致;直到完成第一个巷道的开挖。然后采取下列步骤来模拟金属矿崩落法开采生产:
[0100]步骤5:在已拆除的矩形小钢板Α7同一排、间隔一个或多个矩形小钢板Α7拆除下一块矩形小钢板Α7;在拆除矩形小钢板Α7的位置放入挖掘机器人，或者人工模拟挖掘岩体模型Al 2至目标位置。
[0101]步骤6:同一排矩形小钢板Α7的上的挖掘完成后，再在另外两个矩形大钢板Α6之间的一排矩形小钢板Α7上重复步骤2?5，形成纵横交错的巷道，实现房柱法开采的模拟。
[0102]本实施例中，将矩形大钢板Α6之间的矩形小钢板Α7拆除，露出的岩体模型Α12就是模拟岩体。通过拆除不同位置的矩形小钢板Α7，留下一部分岩体模型Α12不开挖，就是模拟开挖中保留的岩体部分。这样实现煤矿中沿空掘巷留小煤柱开采。该发明还可以模拟沿空掘巷留设不同尺寸小煤柱巷道掘进等。
【主权项】
1.一种三维物理模型试验装置，其特征在于:它的外部为反力架(AO)，所述反力架(AO)的立方体形框架由八个横向设置的水平梁(Al)和四个纵向设置的立柱(A2)组成； 所述反力架(AO)的至少一个立方体框架面(Al I)上有如下设置:相对设置的立柱(A2.1)和立柱(A2.2)之间设置至少两个相互平行的水平面夹角为α矩形大钢板(A6)，相邻的两个矩形大钢板(Α6)之间设置有至少一排矩形小钢板(Α7); 所述反力架(AO)其他的框架侧面均设置反力架面板(AlO);在反力架(AO)的内部设置岩体模型(A12);在岩体模型(Α12)的三个表面上分别安装有上承压板(Α22)、左承压板(Α19)和后承压板(Α21); 在岩体模型(Α12)的上承压板(Α22)和相应的顶端反力架面板(AlO)之间设置若干个上侧震动千斤顶(Α18)构成垂直加载系统(Α15); 在岩体模型(Α12)的左承压板(Α19)和相应的侧面反力架面板(AlO)之间设置若干个左侧震动千斤顶(Α16)构成水平左右加载系统(Α13); 在岩体模型(Α12)的后承压板(Α21)和相应的后面反力架面板(AlO)之间设置若干个后侧震动千斤顶(Α17)构成水平前后加载系统(Α14)。2.根据权利要求1所述的三维物理模型试验装置，其特征在于:所述的每个矩形大钢板(Α6)的两端至少设置有一组矩形螺栓孔(Α6.1)和弧形螺栓孔(Α6.2);沿矩形大钢板(Α6)的两长边均设置有多个矩形小钢板连接螺栓孔(Α6.3); 矩形大钢板(Α6)同一端的一组矩形螺栓孔(Α6.1)和弧形螺栓孔(Α6.2)为上下设置，其中矩形螺栓孔(Α6.1)呈矩形挖孔，其长边和矩形大钢板(Α6)平行，弧形螺栓孔(Α6.2)呈60°?120°的扇环形挖孔，其中心轴和矩形螺栓孔(Α6.1)重合，且该弧形螺栓孔(Α6.2)的圆心靠近矩形螺栓孔(Α6.1)—侧。3.根据权利要求2所述的三维物理模型试验装置，其特征在于:所述的每个矩形小钢板(Α7)的一侧面设有手柄(Α7.1)，每个矩形小钢板(Α7)的四角上均设置有矩形小钢板连接螺栓孔(Α7.2);矩形大钢板(Α6)的矩形大钢板连接螺栓孔(Α6.3)和矩形小钢板(Α7)上的矩形小钢板连接螺栓孔(Α7.2)的尺寸相同，且排列位置相应。4.根据权利要求3所述的三维物理模型试验装置，其特征在于:所述的的立方体框架面(All)上有如下设置:相对设置的立柱(Α2.1)和立柱(Α2.2)的内侧均设置有螺栓安装凹槽(A3);在立方体框架面(All)的立柱(A2.1)和立柱(A2.2)之间利用长螺栓(A9)设置若干矩形大钢板(A6);将长螺杆(A9)的螺栓头安装在螺栓安装凹槽(A3)内；该长螺栓(A9)的螺杆部分伸出在螺栓安装凹槽(A3)之外;水平夹角α倾斜的矩形大钢板(A6)两端的矩形螺栓孔(Α6.1)、弧形螺栓孔(Α6.2)套装在这些长螺栓(Α9)的螺杆上;安装螺帽将矩形大钢板(Α6)设置在立柱(Α2.1)和立柱(Α2.2)之间的预定位置上； 至少在相邻的两块矩形大钢板(Α6)之间设置至少一排相邻紧密排列的矩形小钢板(A7);将每个矩形小钢板连接螺栓孔(Α7.2)和矩形大钢板连接螺栓孔(Α6.3)对齐后，利用连接螺栓(AS)从外侧将每块矩形小钢板(Α7)紧密相邻排列的安装在矩形大钢板(Α6)之间；每块矩形小钢板(Α7)的手柄(Α7.1)均位于外侧。5.根据权利要求4所述的三维物理模型试验装置，其特征在于:矩形大钢板(Α6)的长宽比大于5;矩形小钢板(Α7)的长宽比在0.8?1.2之间，且矩形小钢板(Α7)的短边和矩形大钢板(Α6)的短边的比例在0.5?2之间。6.根据权利要求1?5中任一项所述的三维物理模型试验装置，其特征在于:所述的反力架(AO)的立柱(A2)和水平梁(Al)之间以突出的凸条(A5)和凹陷的卡口(A4)榫卯式连接rfii 。
【专利摘要】本发明涉及一种三维物理模型试验装置，它的外部为反力架，反力架的至少一个立方体框架面上有如下设置：相对设置的立柱和立柱之间设置至少两个相互平行的矩形大钢板，相邻的两个矩形大钢板之间设置有至少一排矩形小钢板；反力架其他的框架侧面均设置反力架面板；在反力架的内部设置岩体模型；在岩体模型和反力架之间设置垂直加载系统、水平左右加载系统和水平前后加载系统。利用该装置模拟试验时，可以直接人工挖掘或使用机器人模拟，实现模拟巷道的自动开挖及工作面回采。本发明能准确的揭示巷道开挖及工作面回采时围岩演化规律提供可靠的试验手段。
【IPC分类】G01N33/24
【公开号】CN105699630
【申请号】CN201610280493
【发明人】周辉, 胡明明, 张勇慧, 张传庆, 高阳, 卢景景, 黄磊, 魏天宇
【申请人】中国科学院武汉岩土力学研究所
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2016年4月29日