一种模拟立井井筒开挖的试验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种模拟立井井筒开挖的试验装置，其特征在于，包括支撑架、回缩护筒、开挖伸缩筒和驱动机构，回缩护筒的下端为开口端、上端为封闭端，支撑架的上端自回缩护筒的开口端伸入到回缩护筒内，并且支撑架的上端与回缩护筒固定连接；驱动机构与开挖伸缩筒驱动连接，开挖伸缩筒的上端套装在回缩护筒内并可在回缩护筒内做上下往复运动，开挖伸缩筒的外壁与回缩护筒的内壁密封配合。本实用新型的技术方案能够对立井井筒开挖过程进行物理相似模拟，并获得立井井筒开挖时的井帮的位移变化情况，为立井井筒实际开挖施工提供可靠的依据。
【专利说明】一种模拟立井井筒开挖的试验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及井筒开挖模拟设备，特别涉及一种模拟立井井筒开挖的试验装置。
【背景技术】
[0002]在现有技术中，立井井筒开挖属于地下岩体工程施工，井筒埋深范围内地质条件普遍复杂，在井筒开挖过程中，井帮围岩在复杂地应力作用下，井帮均会出现不同程度的位移变形，对井筒的安全施工构成较大威胁，进而影响施工的顺利进行，因此，为研究立井井筒在高地压环境下井帮的位移变化情况，需研制一种模拟立井井筒开挖的试验装置，但是目前尚没有高压密封环境下对井筒开挖过程进行模拟的试验装置。
实用新型内容
[0003]针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种高压密封环境下模拟立井井筒开挖的试验装置，使得在立井井筒开挖之前能够对开挖过程进行模拟，进而获得立井井筒开挖时的周围岩土变化情况，为立井井筒实际开挖施工提供可靠的依据。
[0004]本实用新型的技术方案是这样实现的:一种模拟立井井筒开挖的试验装置，包括支撑架、回缩护筒、开挖伸缩筒和驱动机构，回缩护筒的下端为开口端、上端为封闭端，支撑架的上端自回缩护筒的开口端伸入到回缩护筒内，并且支撑架的上端与回缩护筒固定连接；驱动机构与开挖伸缩筒驱动连接，开挖伸缩筒的上端套装在回缩护筒内并可在回缩护筒内做上下往复运动，开挖伸缩筒的外壁与回缩护筒的内壁密封配合。
[0005]上述模拟立井井筒开挖的试验装置，所述支撑架包括底座和一端固定安装在底座上的支撑柱，支撑柱的顶端与回缩护筒的上端封盖固定连接。
[0006]上述模拟立井井筒开挖的试验装置，驱动机构为安装在回缩护筒与开挖伸缩筒之间形成的空腔内的动作油缸，动作油缸具有缸筒和活塞杆，缸筒远离活塞杆的一端与上端封盖固定连接，活塞杆远离缸筒的一端与伸缩筒托架固定连接，伸缩筒托架与开挖伸缩筒固定连接。
[0007]上述模拟立井井筒开挖的试验装置，伸缩筒托架为一个带状板，带状板的两端分别固定安装在开挖伸缩筒的内壁上。
[0008]上述模拟立井井筒开挖的试验装置，缸筒外表面上固定安装有传感器托架立杆，传感器托架立杆的上端与缸筒外表面固定连接，传感器托架立杆的下端自缸筒向下延伸至小于或等于活塞杆自由端向下的最大行程，在传感器托架立杆上自下而上分别安装有传感器托架，每个传感器托架上均安装有位移传感器。
[0009]上述模拟立井井筒开挖的试验装置，在开挖伸缩筒的外壁与回缩护筒的内壁之间设置有筒间密封胶圈。
[0010]上述模拟立井井筒开挖的试验装置，在开挖伸缩筒与回缩护筒之间的空腔内还分别设置有温度传感器和小型微光照明数码摄像头。[0011]上述模拟立井井筒开挖的试验装置，温度传感器、位移传感器和小型微光照明数码摄像头的测试引线自回缩护筒的封闭端引出。
[0012]上述模拟立井井筒开挖的试验装置，开挖伸缩筒下端端面与底座上的台阶面密封配合，并且开挖伸缩筒下端端面与底座上的台阶面之间设置有底座密封胶圈，台阶面位于底座的上表面下方的水平面上。
[0013]上述模拟立井井筒开挖的试验装置，推出动作油管穿过回缩护筒的封闭端与动作油缸的活塞腔流体导通，回缩动作油管穿过回缩护筒的封闭端与动作油缸的活塞杆腔流体导通。
[0014]本实用新型的有益效果是:本实用新型的技术方案使得在立井井筒实际开挖施工之前能够对立井井筒开挖过程进行物理相似模拟，进而获得立井井筒开挖时的井帮的位移变化情况，为立井井筒实际开挖施工提供可靠的依据。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型模拟立井井筒开挖的试验装置处于回缩状态的结构示意图。
[0016]图2为图1所示本实用新型模拟立井井筒开挖的试验装置的A-A剖面结构示意图。
[0017]图3为本实用新型模拟立井井筒开挖的试验装置处于推出状态的结构示意图。
[0018]图4为图2所示本实用新型模拟立井井筒开挖的试验装置的B-B剖面结构示意图。
[0019]图中:1_测试引线，2-推出动作油管，3-回缩动作油管，4-温度传感器，5-位移传感器，6-支撑柱，7-回缩护筒，8-筒间密封胶圈，9-小型微光照明数码摄像头，10-伸缩筒托架，11-底座，12-底座密封胶圈，13-位移传感器顶杠，14-外挖面，15-传感器托架立杆，16-传感器托架，17-试验土体，18-开挖伸缩筒，19-活塞杆，20-缸筒。
【具体实施方式】
[0020]如图1至图4所示，本实施例一种模拟立井井筒开挖的试验装置，包括支撑架、回缩护筒7、开挖伸缩筒18和驱动机构，回缩护筒7的下端为开口端、上端为封闭端，支撑架的上端自回缩护筒7的开口端伸入到回缩护筒7内，并且支撑架的上端与回缩护筒7固定连接；驱动机构与开挖伸缩筒18驱动连接，开挖伸缩筒18的上端套装在回缩护筒7内并可在回缩护筒7内做上下往复运动，开挖伸缩筒18的外壁与回缩护筒7的内壁密封配合。
[0021]在本实施例模拟立井井筒开挖的试验装置中:
[0022](a)支撑架包括底座11和一端固定安装在底座11上的支撑柱6，支撑柱6的顶端与回缩护筒7的上端封盖固定连接，支撑柱8为本试验装置的主要受力结构，用于支撑本实验装置的自身荷载及试验土体17上表面施加的面荷载；
[0023](b)驱动机构为安装在回缩护筒7与开挖伸缩筒18之间形成的空腔内的动作油缸，动作油缸具有缸筒20和活塞杆19,缸筒20远离活塞杆19的一端与上端封盖固定连接，活塞杆19远离缸筒的一端与伸缩筒托架10固定连接，伸缩筒托架10与开挖伸缩筒18固定连接，伸缩筒托架10可将活塞动作同步传递到开挖伸缩筒18 ；
[0024](c)本实施例中的伸缩筒托架10为一个带状板，带状板的两端分别固定安装在开挖伸缩筒18的内壁上；
[0025](d)缸筒20外表面上固定安装有传感器托架立杆15,用于固定位移传感器5、小型微光照明数码摄像头9和温度传感器4，传感器托架立杆15的上端与缸筒20外表面固定连接，传感器托架立杆15的下端自缸筒20向下延伸至小于或等于活塞杆19的自由端向下的最大行程，在传感器托架立杆15上自下而上分别安装有传感器托架16，每个传感器托架16上均安装有位移传感器5，位移传感器5在传感器托架立杆15上的位置可以手动调节，这样可准确控制活塞杆19伸出、回缩的位移量；
[0026](e)开挖伸缩筒18的外壁与回缩护筒7的内壁之间设置有筒间密封胶圈8 ；
[0027](f)温度传感器4、位移传感器5和小型微光照明数码摄像头9的测试引线I自回缩护筒7的封闭端引出；
[0028](g)开挖伸缩筒18下端端面与底座11上的台阶面密封配合，并且开挖伸缩筒18下端端面与底座11上的台阶面之间设置有底座密封胶圈12，台阶面位于底座11的上表面下方的水平面上；
[0029](h)推出动作油管2穿过回缩护筒7的封闭端与动作油缸的活塞腔流体导通，回缩动作油管3穿过回缩护筒7的封闭端与动作油缸的活塞杆腔流体导通。
[0030]在进行试验之前，应将本实施例的试验装置按照以下步骤进行安装:
[0031](a)分别连接推出与回缩动作临时油管，将试验装置开挖伸缩筒18缩回至回缩护筒7内；
[0032](b)根据模拟开挖段高调整试验装置内传感器托架立杆15延伸长度及各传感器的位置关系，调整位移传感器顶杠13伸出长度，调整摄像头拍摄角度；
[0033](c)将开挖伸缩筒18推出，使之与底座11稳定接触；
[0034](d)在开挖伸缩筒18外壁表面涂刷一道凡士林；
[0035](e)拆除临时油管；
[0036](f)将调整好的试验装置吊装至模型试验筒内，埋置在试验土体17内，将周边土体夯实；
[0037](g)将试验装置的推出动作油管2和回缩动作油管3通过模型试验筒转接口与外部油管连接、各类测试线缆也通过模型试验筒转接口弓I出模型试验筒外；
[0038](h)实验装置安装完成。
[0039]本实施例试验装置按照上述步骤安装完成之后，可按照如下试验步骤进行试验:
[0040](a)井筒开挖模拟前，设置井筒开挖段高和开挖速度，并根据井筒开挖段高和开挖速度设定试验装置的开挖伸缩筒18回缩长度、速度及相应进油量。
[0041](b)模型试验进入井筒开挖模拟环节时，当开始开挖时，试验装置会自动开启回缩油管阀门，液压油通过回缩动作油管3进入动作油缸的活塞杆腔，活塞杆19开始按照预先设置的参数完成回缩动作，进而通过伸缩筒托架10带动开挖伸缩筒18向上运动而回缩至回缩护筒7内。
[0042](c)位移传感器5顶杠随着开挖伸缩筒18的回缩会依次弹出并碰触土体开挖面，自动记录开挖面侧向位移情况。
[0043](d)温度传感器4会自动记录开挖面的温度情况。
[0044](e)小型微光照明数码摄像头9将会实时采集并传回开挖面的变形影像。[0045]本实施例模拟立井井筒开挖的试验装置在工作时:利用支撑柱6作为受力结构，动作油缸通过伸缩筒托架10带动开挖伸缩筒18动作，开挖模拟装置埋置于试验土体17内，通过开挖伸缩筒18回缩模拟井筒开挖，可通过固定在装置内的位移传感器5测量开挖面的位移变形，还可测量开挖面的温度，并可通过小型微光照明数码摄像头9实时显示开挖面的变形情况。
[0046]本实施例的模拟立井井筒开挖的试验装置具有如下优点:
[0047](a)可实现高压密闭条件下对井筒开挖进行模拟；
[0048](b)能精确控制开挖段高；
[0049](c)能自动测量开挖面的侧向变形；
[0050](d)可实时传回开挖面变形图像。
[0051]上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型创造所作的举例，而并非对本实用新型创造【具体实施方式】的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造权利要求的保护范围之中。
【权利要求】
1.一种模拟立井井筒开挖的试验装置，其特征在于，包括支撑架、回缩护筒、开挖伸缩筒和驱动机构，回缩护筒的下端为开口端、上端为封闭端，支撑架的上端自回缩护筒的开口端伸入到回缩护筒内，并且支撑架的上端与回缩护筒固定连接；驱动机构与开挖伸缩筒驱动连接，开挖伸缩筒的上端套装在回缩护筒内并可在回缩护筒内做上下往复运动，开挖伸缩筒的外壁与回缩护筒的内壁密封配合。
2.根据权利要求1所述的模拟立井井筒开挖的试验装置，其特征在于，支撑架包括底座和一端固定安装在底座上的支撑柱，支撑柱的顶端与回缩护筒的上端封盖固定连接。
3.根据权利要求2所述的模拟立井井筒开挖的试验装置，其特征在于，驱动机构为安装在回缩护筒与开挖伸缩筒之间形成的空腔内的动作油缸，动作油缸具有缸筒和活塞杆，缸筒远离活塞杆的一端与上端封盖固定连接，活塞杆远离缸筒的一端与伸缩筒托架固定连接，伸缩筒托架与开挖伸缩筒固定连接。
4.根据权利要求3所述的模拟立井井筒开挖的试验装置，其特征在于，伸缩筒托架为一个带状板，带状板的两端分别固定安装在开挖伸缩筒的内壁上。
5.根据权利要求4所述的模拟立井井筒开挖的试验装置，其特征在于，缸筒外表面上固定安装有传感器托架立杆，传感器托架立杆的上端与缸筒外表面固定连接，传感器托架立杆的下端自缸筒向下延伸至小于或等于活塞杆自由端向下的最大行程，在传感器托架立杆上自下而上分别安装有传感器托架，每个传感器托架上均安装有位移传感器。
6.根据权利要求1-5任一所述的模拟立井井筒开挖的试验装置，其特征在于，开挖伸缩筒的外壁与回缩护筒的内壁之间设置有筒间密封胶圈。
7.根据权利要求1-5任一所述的模拟立井井筒开挖的试验装置，其特征在于，在开挖伸缩筒与回缩护筒之间的空腔内还分别设置有温度传感器和小型微光照明数码摄像头。
8.根据权利要求1-5任一所述的模拟立井井筒开挖的试验装置，其特征在于，温度传感器、位移传感器和小型微光照明数码摄像头的测试引线自回缩护筒的封闭端引出。
9.根据权利要求2-5任一所述的模拟立井井筒开挖的试验装置，其特征在于，开挖伸缩筒下端端面与底座上的台阶面密封配合，并且开挖伸缩筒下端端面与底座上的台阶面之间设置有底座密封胶圈，台阶面位于底座的上表面下方的水平面上。
10.根据权利要求3-5任一所述的模拟立井井筒开挖的试验装置，其特征在于，推出动作油管穿过回缩护筒的封闭端与动作油缸的活塞腔流体导通，回缩动作油管穿过回缩护筒的封闭端与动作油缸的活塞杆腔流体导通。
【文档编号】G01M99/00GK203630374SQ201320787421
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】宁方波, 刘志强, 于涛, 张鑫, 李方政, 左永江, 张云利, 叶玉西, 高伟, 李宁, 许舒荣, 陈红蕾, 石宏伟, 夏自良 申请人:北京中煤矿山工程有限公司, 山东科技大学