一种大型三维动载矿用相似材料物理试验平台的制作方法

本发明涉及一种大型三维动载矿用相似材料物理试验平台装置，属于矿山灾害研究领域。

背景技术：

目前，随着采矿行业的发展，矿山灾害时有发生且条件更为复杂多变，对此问题的研究也在不断深入，传统的理论和经验略显不足，由于灾害的复杂性、多样性，加之现场观测的局限性使得进行物理模拟实验成为重要的研究方法，对事故的再现、理论的分析和总结有重要的辅助作用。

对于当前的相似材料物理实验平台的制作和应用主要集中于二维的相似材料物理模拟试验以及三维静载的相似材料物理模拟试验为主，部分动载试验平台受动载来源(受管制类的雷管、炸药等)的影响难以施加，故而对物理实验的研究工作造成一定的影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种大型三维动载矿用相似材料物理试验平台，以解决现有相似材料物理实验平台的制作和应用主要集中于二维的相似材料物理模拟试验以及三维静载的相似材料物理模拟试验，部分动载试验平台受动载来源的影响难以施加，影响实验研究的问题。

为解决上述问题，拟采用这样一种大型三维动载矿用相似材料物理试验平台，包括基座，基座上沿竖向设置有前挡板、两个侧挡板和后挡板，前挡板、侧挡板和后挡板的上方设置有顶板，且前挡板、两个侧挡板、后挡板和顶板与基座的上端面之间围合成方形结构，所围合的方形结构内填充有模拟岩层，模拟岩层内沿横向设置有模拟巷道，模拟巷道的一端设置有模拟煤层，另一端连通至前挡板的外部，模拟巷道内设置有微型采煤机，微型采煤机提供一定的冲击力以模拟动载，微型割煤机上还设置有高速摄像机，所述挡板和顶板的外侧还设置有支撑部，两个侧挡板、后挡板和顶板的外侧分布设置有千斤顶，千斤顶的底座固定于支撑部上，千斤顶的工作端顶紧设置于所对应的侧挡板、后挡板和顶板上。

前述试验平台中，模拟岩层内设置有应力传感器和应变传感器，以便监测和调控千斤顶的施力；

前述试验平台中，前挡板上模拟巷道的巷道口外侧还设置有工作面开挖挡板，工作面开挖挡板上正对模拟巷道的巷道口处设置有可打开式的巷道开挖挡板；

前述试验平台中，千斤顶等间距地分布设置于侧挡板、后挡板和顶板的外侧，且千斤顶与所对应的侧挡板、后挡板或顶板相垂直；

前述试验平台中，基座、前挡板、侧挡板、后挡板和顶板之间均为密封连接，基座上还设置有连通至模拟岩层的注水管道，注水管道用于研究矿井水害的物理实验；

前述试验平台中，千斤顶与侧挡板、后挡板和顶板之间还设置有柔性橡胶，使千斤顶在工作时能同步加压，而且有助于模型填料时的压实分层等工作，对于部分重点研究媒体或岩层采用预制模型块方式，在预先设计好的预制模型块表面上粘帖相关的应变或光纤等传感器，然后再采用粘结剂粘结上面的预制模型块成为完整的岩层或煤层。

与现有技术相比，本发明能够更真实的模拟三维动载作用下的开采、巷道支护等基本问题以及简单地质条件的灾害问题，亦可以再现某些事故的发生，相比于现有单一的实验平台有更好的综合性、真实性以及可靠性，对事故的再现、理论的分析和总结有着极为重要的作用。

附图说明

图1是本发明的侧视结构示意图；

图2是本发明的主视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

实施例：

参照图1和图2，本实施例提供的一种大型三维动载矿用相似材料物理试验平台，包括基座1，基座1上沿竖向设置有前挡板2、两个侧挡板3和后挡板4，前挡板2、侧挡板3和后挡板4的上方设置有顶板5，且前挡板2、两个侧挡板3、后挡板4和顶板5与基座1的上端面之间围合成方形结构，所围合的方形结构内填充有模拟岩层8，模拟岩层8内设置有应力传感器13和应变传感器14，以便监测和调控千斤顶的施力，模拟岩层8内沿横向设置有模拟巷道9，模拟巷道9的一端设置有模拟煤层10，另一端连通至前挡板2的外部，模拟巷道9内设置有微型采煤机11，微型采煤机11提供一定的冲击力以模拟动载，微型割煤机11上还设置有高速摄像机12，所述挡板和顶板5的外侧还设置有支撑部6，两个侧挡板3、后挡板4和顶板5的外侧分布设置有千斤顶7，千斤顶7的底座固定于支撑部6上，千斤顶7的工作端顶紧设置于所对应的侧挡板3、后挡板4和顶板5上，千斤顶7与侧挡板3、后挡板4和顶板5之间还设置有柔性橡胶，千斤顶7等间距地分布设置于侧挡板3、后挡板4和顶板5的外侧，且千斤顶7与所对应的侧挡板3、后挡板4或顶板5相垂直。

基座1、前挡板2、侧挡板3、后挡板4和顶板5之间均为密封连接，基座1上还设置有连通至模拟岩层8的注水管道17；

前挡板2上模拟巷道9的巷道口外侧还设置有工作面开挖挡板15，工作面开挖挡板15上正对模拟巷道9的巷道口处设置有可打开式的巷道开挖挡板16。

研究巷道稳定性问题时，在设计、填料、加压稳定之后，上覆岩层、前后、以及左右三个方向的千斤顶7施加的压力是不同的，这样更接近于真实的生产条件；在模拟巷道9开挖过程中微型采煤机11在液压缸的推进下定量的开挖岩体，并且按照设计方案有规律的通过液压缸控制冲击杆向模拟巷道9工作面施加一定的冲击力，此时高速摄像机12将拍摄下顶底板、两帮以及工作面的岩体破碎情况，这种设计可以较好的模拟开挖引起的动载作用，对于研究动载作用下岩体的变化有很好的辅助作用，高速摄像机12将捕捉下动载作用下周围岩体的完整情况；开挖的废料由吸尘器清理干净；煤、岩体的应力应变情况将由应力和应变传感器收集数据，随时整理分析确认下一步的实验方案；支护、注浆等步骤可以采用开挖后打孔安装，并在锚杆等连接应力应变监测系统，并且安装摄像头拍摄在支护之后的变化以及不同支护方式的对比，可以有效的比较支护方案的优劣；另外对于断层、岩溶柱、老空水以及含水带的问题可以在实验材料中添加松香、石蜡等防水材料，千斤顶7和柔性橡胶之间使用乳胶连接密封。

研究采场矿压问题时，在设计、填料、加压稳定之后，上覆岩层、前后、以及左右三个方向的千斤顶7施加的压力是不同的，这样更接近于真实的生产条件；在采煤工作面推进过程中微型采煤机11在液压缸的推进下定量的开挖煤体，并且按照设计方案有规律的通过液压缸控制冲击杆向工作面施加一定的冲击力，此时高速摄像机12将拍摄下顶底板、煤柱以及工作面的岩体破碎情况，这种设计可以较好的模拟开挖引起的动载作用，对于研究动载作用下顶底板以及工作面煤体的变化有很好的辅助作用，可以较好的模拟实际的生产状态，高速摄像机12将捕捉下顶底板、煤柱以及工作面的变化情况；开挖的废料由吸尘器清理干净；煤、岩体的应力应变情况将由应力及应变传感器收集数据，随时整理分析确认下一步的实验方案；随着工作面的推进，在采空区安装摄像头检测顶板变化；对于另外对于断层等可以在实验材料做改变形成断层介质。