巷道支护试验用相似模拟模型的制备方法
【专利摘要】一种巷道支护试验用相似模拟模型的制备方法，其特征是包括以下步骤：1）在倾斜放置的、带有巷道形状的钢模板中进行铺料，铺料到按相似比缩小的锚网索间距时，布设锚杆、锚索相似材料件，随后继续铺料，高度到上述锚网索间距，再次布设锚杆、锚索相似材料件，如此往复，直至相似模型规定厚度，干燥后拆去模板和泡沫板；2）在相似模拟试验架上铺料到一定厚度，取出带有巷道的块体竖直放置在相似模拟试验架上；3）在块体周围继续铺料，按照相似理论铺设到指定高度；4）调节锁具，给锚杆、锚索施加预紧力，然后布设金属网和支架相似材料件。本发明制作简单，造价低廉，利用多个钢模板同时制作块体，能够满足模型试验中批量使用的要求，模型铺设快，实验效率高。
【专利说明】巷道支护试验用相似模拟模型的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种矿山技术，尤其是一种矿山巷道支护试验技术，具体地说是一种巷道支护试验用相似模拟模型的制备方法。
【背景技术】
[0002]如何确保矿山安全高效开采成为关系到国家能源安全的重大问题。目前，随着煤炭开采深度的增加和开采范围的增大，冲击矿压灾害已经波及我国大部分矿区，其发生的频次和烈度愈加增大，危害程度越来越严重，已成为我国矿产资源开采过程中一个急需解决的难题。冲击矿压表现为聚集在煤岩体中的弹性能突然、猛烈释放，动力将煤岩抛向巷道或采场，使煤岩体强烈震动和破坏，造成巷道堵塞、设备损毁和人员伤亡等灾难。冲击矿压以其机理复杂性、发生突然性和破坏剧烈性对煤矿安全高效生产构成巨大威胁。
[0003]冲击主要发生在巷道。大量现场实践表明，合理的支护设计是防治冲击矿压的有效方法。冲击矿压巷道的支护问题是冲击矿压研究的主要内容之一，研究冲击矿压巷道支护理论和方法，为现场动力灾害严重的巷道支护设计提供理论依据，是一项关系深部煤炭资源安全高效开采的重要课题。相似模拟模型试验是研究地下工程施工过程规律的有效方法，也是一种研究冲击矿压巷道支护的重要手段。
[0004]模型试验是根据相似理论，将矿山工程转换为室内模型进行试验模拟的。现在的矿山工程相似模型采取在试验架上逐层铺料，干燥后开挖巷道的施做方法。这种方法因模拟巷道空间窄，锚杆、锚索布设困难，难以模拟实际工程中的巷道支护，限制了相似模拟在支护试验方面的推广和应用，特别是在冲击矿压巷道支护设计方面没有发挥有效作用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对现有的巷道模拟试验用模型制造中存在的锚杆、锚索布设困难，影响试验准确性的问题，设计一种利用模板作为介质制备试验块体，再将试验块体在试验架上进行安装的巷道支护试验用相似模拟模型的制备方法。
[0006]本发明的技术方案是:
一种巷道支护试验用相似模拟模型的制备方法，其特征是它包括以下步骤:
首先，设计一种巷道主体钢模板，该钢模块由底板3、外壳4、内壳I和泡沫板2组成，内壳I的外形与巷道形状等比例缩小后安装在底板3的中心位置处，泡沫板2包裹在内壳I的表面以便于锚杆和锚索的尾部插入其中，外壳4沿底板3的外沿布置用于约束所铺设材料与底板的形状相同；
第二步，在上述的钢模板上铺料，在底料高度铺设到按相似比缩小的锚网索间距时，布设锚杆和锚索相似材料件，同时使锚杆和锚索相似材料件的尾部插入泡沫板2中；
第三步，在锚杆和锚索相似材料件上继续铺料，高度到上述锚网索间距时，重复第二步，直到得到所需厚度的、与底板3外形相一致的、中间形成有巷道的相似模型，干燥后拆去钢模板和钢模板上的泡沫板，得到带有巷道的块体； 第四步，在相似模拟试验架上铺料到设定的厚度，将第三步所得的相似块体竖直放置在相似模拟试验架上，并在块体周围继续铺料到试验规定的高度；
最后，给锚杆和锚索相似材料件的尾部施加预紧力，然后布设锚网和支架相似材料件即完成整个巷道的相似模型的制备，即可进入下一步的试验。
[0007]在钢模板上进行铺料时，单一相似材料时，不需倾向放置；多层相似材料时，应将钢模板倾斜放置，倾斜的角度为10-70度。
[0008]本发明的有益效果:
1、本发明的锚杆、锚索布设方便，有效地改善了矿山工程模型试验的支护手段，提高了试验结果的可靠性。
[0009]2、本发明制作简单，造价低廉，利用多个钢模板同时制作块体，能够满足模型试验中批量使用的要求，模型铺设快，实验效率高。
[0010]3、本发明解决了现有相似模拟模型施做方法中锚杆、锚索布设困难，难以模拟矿山工程中锚杆、锚索支护的问题，使支护更加接近实际工程，更有实用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明的拱形巷道钢模板结构示意图。
[0012]图2是本发明带有巷道的块体放置在相似模拟试验架的示意图。
[0013]图3是本发明的锚网、支架布设示意图。
[0014]图中:1.内壳、2.泡沫板、3.底板、4.外壳、5.试验架、6.块体、7.锚杆、锚索相似材料件、8.锚网相似材料件、9.支架相似材料件。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0016]如图1-3所示。
[0017]一种巷道支护试验用相似模拟模型的制备方法，它包括以下步骤:
首先，设计一种如图1所示的巷道主体钢模板(拱形)，该钢模块由底板3、外壳4、内壳I和泡沫板2组成，内壳I的外形与巷道形状等比例缩小后安装在底板3的中心位置处，泡沫板2包裹在内壳I的表面以便于锚杆和锚索的尾部插入其中,夕卜壳4沿底板3的外沿布置用于约束所铺设材料与底板的形状相同；
第二步，铺设多层相似材料时，将图1所示的钢模块倾斜放置(倾斜的角度可为10-70度)，在上述的钢模板上按现有的模型制作方法铺料底料(相似材料)，在底料高度铺设到按相似比缩小的锚网索间距时，按需模拟的巷道支护的设计参数布设锚杆和锚索相似材料件7,同时使锚杆和锚索似材料件7的尾部插入泡沫板2中；在钢模板上进行单一相似材料铺料时，不需倾向放置；多层相似铺料时，应将钢模板倾斜放置，倾斜的角度为10-70度。
[0018]第三步，在锚杆和锚索相似材料件7上继续铺料，高度到上述锚网索间距时，重复第二步，直到得到所需厚度的、与底板3外形相一致的、中间形成有巷道的相似模型，干燥后拆去钢模板和钢模板上的泡沫板2，得到带有巷道的块体6 ；
第四步，在相似模拟试验架5上按现有方法铺料到设定的厚度，将第三步所得的相似块体6竖直放置在相似模拟试验架上，并在块体周围继续铺料到试验规定的高度，如图2 ；最后，给锚杆和锚索相似材料件7的尾部施加预紧力，然后布设锚网相似材料件8和支架相似材料件9即完成整个巷道的相似模型的制备，如图3所示，即可进入下一步的试验。
[0019]本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
【权利要求】
1.一种巷道支护试验用相似模拟模型的制备方法，其特征是它包括以下步骤: 首先，设计一种巷道主体钢模板，该钢模块由底板(3 )、外壳(4)、内壳(I)和泡沫板(2 )组成，内壳(I)的外形与巷道形状按相似比缩小后安装在底板(3)的中心位置处，泡沫板(2)包裹在内壳(I)的表面以便于锚杆和锚索的尾部插入其中，夕卜壳(4)沿底板(3)的外沿布置用于约束所铺设材料与底板的形状相同； 第二步，在上述的钢模板上铺料，在底料高度铺设到按相似比缩小的锚网索间距时，布设锚杆和锚索相似材料件，同时使锚杆和锚索相似材料件的尾部插入泡沫板(2)中； 第三步，在锚杆和锚索相似材料件上继续铺料，高度到上述锚网索间距时，重复第二步，直到得到所需厚度的、与底板外形相一致的、中间形成有巷道的相似模型，干燥后拆去钢模板和钢模板上的泡沫板，得到带有巷道的块体； 第四步，在相似模拟试验架上铺料到设定的厚度，将第三步所得的相似块体竖直放置在相似模拟试验架上，并在块体周围继续铺料到试验规定的高度； 最后，给锚杆和锚索相似材料件的尾部施加预紧力，然后布设锚网和支架相似材料件即完成整个巷道的相似模型的制备，即可进入下一步的试验。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是在钢模板上进行铺料时，单一相似材料时，不需倾向放置；多层相似材料时，应将钢模板倾斜放置，倾斜的角度为10-70度。
【文档编号】E21D11/00GK103527231SQ201310543404
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年11月6日 优先权日:2013年11月6日
【发明者】巩思园, 王桂峰, 窦林名, 李振雷, 曹安业, 贺虎 申请人:中国矿业大学