矿压相似模拟实验预制巷道的方法及实验架与流程

本发明涉及矿压相似模拟实验巷道预制技术领域，具体涉及一种矿压相似模拟实验预制巷道的方法及实验架。

背景技术：

在矿山压力相似模拟实验技术是一种重要的科学研究手段，自20世纪30年代提出以来，在矿山领域解决了许多采场覆岩运移问题。虽然随着计算机技术的快速发展，数值模拟方法迅速崛起，在一定程度上取代了相似模拟实验，但是面对复杂工程问题时，因无法获得准确的边界条件、本构关系和输入参数等而导致数值模拟方法失效。因此，相似模拟实验技术在矿山压力研究中依旧占有重要地位。

目前，煤矿开采主要以井工开采方式进行，而煤层开采，首先应进行巷道掘进，而随着开采深度增加，深部巷道围岩受工作面回采、相近巷道掘进、地质构造等影响变形破坏剧烈，应力分布复杂多变，进而针对复杂应力场影响下深部巷道围岩应力分布特征研究迫在眉睫，而实验室手段，主要以相似模拟实验手段对井工开采过程中巷道围岩应力分布特征进行研究。但是在相似模拟实验过程中针对巷道模拟过程，对制作相似模拟巷道困难较大，实验室模拟过程往往采用常规开挖或倒模制作等方式，但这些方式均存在较大的弊端。开挖方式，往往在相似比下难以开完出完成规格的巷道，极易在开完过程出现巷道围岩破坏垮落；而倒模制作方式，在做出的巷道围岩强度往往过大，与实际情况难以符合。据此急需一种简单易做的相似模拟巷道制作方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种矿压相似模拟实验预制巷道的方法及实验架，克服目前常用相似模拟实验中巷道难以模拟的情况，更好的实现对巷道围岩应力分布及变形破坏特征进行模拟研究，简单实用，效果较好，便于将模拟巷道实体取出，较好的使模拟巷道完整保留。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种矿压相似模拟实验预制巷道的方法，所述矿压相似模拟实验预制巷道的方法包括：

根据相似模拟实验架的尺寸，确定实验相似比；

确定模拟巷道的尺寸并制作模拟巷道实体；

在相似模拟实验架中铺设相似岩层并放置模拟巷道实体；

相似岩层应力稳定后，沿模拟巷道实体轴向方向取出模拟巷道实体。

在上述的矿压相似模拟实验预制巷道的方法中，作为优选方案，所述确定模拟巷道的尺寸并制作模拟巷道实体，包括：

确定模拟巷道的断面尺寸；

将相似模拟实验架的宽度作为模拟巷道的轴向长度；

结合模拟巷道的断面尺寸和轴向长度，利用实木制作模拟巷道实体。

在上述的矿压相似模拟实验预制巷道的方法中，作为优选方案，所述模拟巷道的断面尺寸包括模拟巷道的断面的形状、高度和宽度。

在上述的矿压相似模拟实验预制巷道的方法中，作为优选方案，所述在相似模拟实验架中铺设相似岩层并放置模拟巷道实体，包括：

在相似模拟实验架中摊铺相似岩层至预设模拟巷道位置；

在预设模拟巷道位置放置模拟巷道实体；

对模拟巷道实体进行处理；

继续摊铺相似岩层至预定高度。

在上述的矿压相似模拟实验预制巷道的方法中，作为优选方案，所述在相似模拟实验架中摊铺相似岩层至预设模拟巷道位置之前，还包括：

在相似模拟实验架中预设模拟巷道位置；

在相似模拟实验架中预设相似岩层的预定高度。

在上述的矿压相似模拟实验预制巷道的方法中，作为优选方案，所述对模拟巷道实体进行处理，包括：

在模拟巷道实体侧面涂抹润滑油；

将模拟巷道侧面用纸包括；

在用纸包裹后的模拟巷道侧面涂抹润滑油；

将模拟巷道实体用保鲜膜包裹多层。

在上述的矿压相似模拟实验预制巷道的方法中，作为优选方案，所述在模拟巷道实体侧面涂抹润滑油之前，还包括：

对模拟巷道实体侧面进行表面处理，使模拟巷道实体侧面的表面粗糙度不大于8μm。

在上述的矿压相似模拟实验预制巷道的方法中，作为优选方案，所述沿模拟巷道实体轴向方向取出模拟巷道实体，包括：

沿模拟巷道实体轴向方向对模拟巷道实体端面进行挤压，将模拟巷道实体沿其轴向平稳推出。

本发明还提供一种用于矿压相似模拟实验预制巷道的实验架，所述用于矿压相似模拟实验预制巷道的实验架包括：相似模拟实验架、相似岩层、模拟巷道和模拟巷道实体总成，所述相似模拟实验架呈箱式结构，在所述相似模拟实验架的内部填充相似岩层，在所述相似岩层内部设有模拟巷道，所述模拟巷道轴向方向与相似模拟实验架的宽度方向一致且长度相等，所述模拟巷道内部设有模拟巷道实体总成，所述模拟巷道实体总成外尺寸与模拟巷道内尺寸一致，所述相似模拟实验架的前后侧面、与模拟巷道的相对应的位置均设有开口。

在上述的用于矿压相似模拟实验预制巷道的实验架中，作为优选方案，所述模拟巷道实体总成包括：模拟巷道实体、包裹纸、润滑油和保鲜膜，所述模拟巷道实体的长度与相似模拟实验架的宽度相等，所述模拟巷道实体侧面外部依次包裹有润滑油、包裹纸、润滑油和保鲜膜，模拟巷道实体侧面进行表面处理，使其侧面表面粗糙度不大于8μm，所述保鲜膜设有多层。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

本发明提供一种矿压相似模拟实验预制巷道的方法，具有如下优点：

本发明提供一种矿压相似模拟实验预制巷道的方法，克服目前常用相似模拟实验中巷道难以模拟的情况，更好的实现对巷道围岩应力分布及变形破坏特征进行模拟研究，简单实用，效果较好，便于将模拟巷道实体取出，较好的使模拟巷道完整保留，操作方便，可实施性强。

本发明还提供一种用于矿压相似模拟实验预制巷道的实验架，其有益效果与矿压相似模拟实验预制巷道的方法类似，不再赘述。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1是本发明实施例所提供的用于矿压相似模拟实验预制巷道的实验架总体结构示意图；

图2是本发明实施例所提供的用于矿压相似模拟实验预制巷道的实验架模拟巷道实体总成截面结构示意图。

附图标记说明：

1-相似模拟实验架；2-相似岩层；3-模拟巷道；4-模拟巷道实体总成；5-模拟巷道实体；6-包裹纸；7-润滑油；8-保鲜膜。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明提供了一种矿压相似模拟实验预制巷道的方法，所矿压相似模拟实验预制巷道的方法包括以下步骤：

步骤s101、根据相似模拟实验架的尺寸，确定实验相似比。相似模拟实验架一般为实验室或设计单位所常备的设施，根据已有的相似模拟实验架尺寸，结合所需要模拟的场所的工程地质背景，按照实验架尺寸与工程场所的实际尺寸所呈现的比例，对实验相似比进行确定。

步骤s102、确定模拟巷道的尺寸并制作模拟巷道实体。结合实验相似比以及工程场所所需实际巷道的设计尺寸，按比例进行缩小，计算模拟巷道的尺寸，根据模拟巷道的尺寸设计并制作模拟巷道实体。

步骤s103、在相似模拟实验架中铺设相似岩层并放置模拟巷道实体。在实验架中逐层摊铺模拟岩层，当模拟岩层摊铺到巷道位置时暂停，对制作好的巷道实体进行处理，巷道实体端面不处理，巷道实体表面涂抹一层润滑油再用一层纸包裹，再在纸表面涂抹一层润滑油再用保鲜膜包裹，多包裹3-5层；之后将包裹好的巷道实体放置于相似模拟岩层中，继续对模拟岩层进行摊铺，直至实验要求高度。

步骤s104、相似岩层应力稳定后，沿模拟巷道实体轴向方向取出模拟巷道实体。相似模拟支架完全上好后，等围岩应力稳定后，大约10天左右，从相似模拟支架后方，通过木棍即可将巷道实体挤压推出，此时取出巷道实体后，相似模拟巷道既做好。

本发明的具体实施例提供了一种矿压相似模拟实验预制巷道的方法，所矿压相似模拟实验预制巷道的方法包括以下步骤：

步骤s201、根据相似模拟实验架的尺寸，确定实验相似比；相似模拟实验架一般为实验室或设计单位所常备的设施，根据已有的相似模拟实验架尺寸，结合所需要模拟的场所的工程地质背景，按照实验架尺寸与工程场所的实际尺寸所呈现的比例，对实验相似比进行确定。

步骤s202、确定模拟巷道的断面尺寸；模拟巷道的断面尺寸包括模拟巷道的断面的形状、高度和宽度，结合实验相似比以及工程场所所需实际巷道的设计尺寸，按比例进行缩小，计算模拟巷道的尺寸，根据模拟巷道的尺寸设计并制作模拟巷道实体。模拟巷道断面形状与实际巷道断面形状几何学上相似，在本实施例中，断面形状为下半部呈矩形、上半部呈拱形，模拟巷道断面高度和宽度均为实际巷道断面尺寸的等比例缩小，缩小比例为实验相似比。

步骤s203、将相似模拟实验架的宽度作为模拟巷道的轴向长度；考虑到将来方便取出模拟巷道实体，将模拟巷道实体的长度选择为与实验架宽度相等，并且在实验架的前后侧面、与模拟巷道的相对应的位置均设有开口。

步骤s204、结合模拟巷道的断面尺寸和轴向长度，利用实木制作模拟巷道实体。

步骤s205、在相似模拟实验架中摊铺相似岩层至预设模拟巷道位置；

步骤s206、在预设模拟巷道位置放置模拟巷道实体；在相似模拟实验架中开始摊铺相似岩层至预设模拟巷道位置之前，还包括进行以下操作：在相似模拟实验架中预设模拟巷道位置；在相似模拟实验架中预设相似岩层的预定高度。

步骤s207、在模拟巷道实体侧面涂抹润滑油。在模拟巷道实体侧面涂抹润滑油之前，还进行下面操作：对模拟巷道实体侧面进行表面处理，使模拟巷道实体侧面的表面粗糙度不大于8μm，该操作需要对模拟巷道实体表面进行打磨，保证其侧表面为光滑，以方便后期取出模拟巷道实体时不发生粘连，模拟巷道实体的端面可不进行处理和包裹。

步骤s208、将模拟巷道侧面用纸包括。用纸包裹的纸是指能够吸油但不溶解，同时能起到产生相应缝隙的作用，以方便后期取出模拟巷道实体，一般来说，可选择铜版纸或复写纸等。

步骤s209、在用纸包裹后的模拟巷道侧面涂抹润滑油。

步骤s210、将模拟巷道实体用保鲜膜包裹多层。在实验架中逐层摊铺模拟岩层，当模拟岩层摊铺到巷道位置时暂停，对制作好的巷道实体进行处理，巷道实体端面不处理，巷道实体表面涂抹一层润滑油再用一层纸包裹，再在纸表面涂抹一层润滑油再用保鲜膜包裹，多包裹3-5层；之后将包裹好的巷道实体放置于相似模拟岩层中，继续对模拟岩层进行摊铺，直至实验要求高度。

步骤s211、继续摊铺相似岩层至预定高度。一般的来说，最大的预定高度不能超过实验架的高度，在选择实验架时预先考虑到相似岩层的摊铺高度是否为实验架所满足。

步骤s212、相似岩层应力稳定后，沿模拟巷道实体轴向方向取出模拟巷道实体。相似模拟支架完全上好后，等围岩应力稳定后，大约10天左右，从相似模拟支架后方，通过木棍即可将巷道实体挤压推出，此时取出巷道实体后，相似模拟巷道既做好。沿模拟巷道实体轴向方向对模拟巷道实体端面进行挤压，将模拟巷道实体沿其轴向平稳推出。

如图1和图2所示，本发明还提供一种用于矿压相似模拟实验预制巷道的实验架，所述用于矿压相似模拟实验预制巷道的实验架包括：相似模拟实验架1、相似岩层2、模拟巷道3和模拟巷道实体总成4，所述相似模拟实验架1呈箱式结构，在所述相似模拟实验架1的内部填充相似岩层2，在所述相似岩层2内部设有模拟巷道3，所述模拟巷道3轴向方向与相似模拟实验架1的宽度方向一致且长度相等，所述模拟巷道3内部设有模拟巷道实体总成4，所述模拟巷道实体总成4外尺寸与模拟巷道3内尺寸一致，所述相似模拟实验架1的前后侧面、与模拟巷道3的相对应的位置均设有开口。

在上述的用于矿压相似模拟实验预制巷道的实验架中，作为优选方案，所述模拟巷道实体总成4包括：模拟巷道实体5、包裹纸6、润滑油7和保鲜膜8，所述模拟巷道实体5的长度与相似模拟实验架1的宽度相等，所述模拟巷道实体5侧面外部依次包裹有润滑油7、包裹纸6、润滑油7和保鲜膜8，模拟巷道实体5侧面进行表面处理，使其侧面表面粗糙度不大于8μm，所述保鲜膜8设有多层。

在本发明实施例中，保鲜膜8包裹3-5层。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。