一种动静荷载下巷道围岩稳定性测试装置

本技术属于岩体力学测试，特别是涉及一种动静荷载下巷道围岩稳定性测试装置。

背景技术：

1、随着煤矿浅部资源逐渐枯竭，煤矿深部开采成为了必然的发展趋势，但随着开采深度的不断增加，深部开采巷道支护遭遇重大挑战，巷道围岩不仅变得更加复杂，而且受高应力、动力扰动等影响，导致冲击地压、瓦斯突出等动力灾害频发。因此，研究不同动力扰动下巷道围岩响应对动力扰动下巷道支护设计至关重要。由于动力灾害是瞬态发生的，并且现场测试工程量巨大、操作难度较大，从而导致无法进行现场实验。为此，相似材料模拟实验成为了研究矿井动力灾害防治的有效方法。

2、目前，虽然用于模拟巷道开挖的动载相似材料实验装置被相继开发，但现有的实验装置普遍存在动载实验过程中的误差较大、与实际工程匹配度较差、不能够真实有效的反应出动力扰动对深部巷道围岩破坏的演化规律等问题，同时存在相似模型内部无法施加连续及多方向动载的缺陷，此外还存在无法与现场微震能量监测进行反演的缺陷。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种动静荷载下巷道围岩稳定性测试装置，可以模拟深部巷道开挖，能够在相似模型内部施加连续及多方向的动载，能够真实有效的反应出动力扰动对深部巷道围岩破坏的演化规律，并能够与现场微震能量监测相互反演。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种动静荷载下巷道围岩稳定性测试装置，包括静载施加机构、动载施加机构及计算机；所述静载施加机构包括反力框架、轴向静载液压作动器、侧向静载液压作动器及液压站；所述轴向静载液压作动器竖直固装在反力框架顶部，在轴向静载液压作动器的活塞杆端部固装有轴向静载压板；所述侧向静载液压作动器水平固装在反力框架侧部，在侧向静载液压作动器的活塞杆端部固装有侧向静载压板；所述液压站与反力框架并列分布，液压站通过管路与轴向静载液压作动器和侧向静载液压作动器进行连接，液压站的控制端与计算机进行通信连接；所述动载施加机构包括应力波发生盒及落锤冲击器，应力波发生盒预埋在相似模型的内部，落锤冲击器位于相似模型外部，落锤冲击器与应力波发生盒配合使用。

3、所述反力框架内部设有相似模型制作箱，相似模型制作箱采用可拆卸结构，相似模型在相似模型制作箱内部进行制作定型。

4、在所述相似模型的内部预埋有压力传感器和加速度传感器，压力传感器和加速度传感器的分布位置为开挖后形成的模拟巷道的顶底板和两帮处，压力传感器和加速度传感器与计算机进行通信连接。

5、所述相似模型还配备有巷道变形监测设备，巷道变形监测设备采用xtdic三维光学散斑测量仪，xtdic三维光学散斑测量仪与计算机进行通信连接。

6、所述应力波发生盒整体为方形结构，包括上半盒体和下半盒体，上半盒体和下半盒体扣合构成方形结构的应力波发生盒，上半盒体与下半盒体的扣合接触面为斜面，在上半盒体的扣合接触面上固定设有限位滑销，在下半盒体的扣合接触面上设有限位滑槽，限位滑销位于限位滑槽内。

7、所述落锤冲击器包括支撑底座、支撑导向立柱、冲击滑套、冲击传力销、冲击锤、定滑轮及拉绳；所述支撑导向立柱竖直设置，支撑导向立柱底端与支撑底座固定连接，支撑导向立柱顶端固定顶撑在建筑屋顶，在支撑导向立柱表面设有高度标尺；所述冲击滑套套装在支撑导向立柱上，冲击滑套相对于支撑导向立柱具有上下滑移自由度；所述冲击锤套装在支撑导向立柱上，冲击锤位于冲击滑套上方，冲击锤相对于支撑导向立柱具有上下滑移自由度；所述定滑轮固定安装在支撑导向立柱顶部，所述拉绳绕装在定滑轮上，拉绳一端与冲击锤固定连接，拉绳另一端为自由端；所述冲击传力销水平设置，冲击传力销一端与冲击滑套固定连接；在所述上半盒体的侧壁上开设有冲击传力插孔，冲击传力销另一端插装在冲击传力插孔中。

8、本实用新型的有益效果：

9、本实用新型的动静荷载下巷道围岩稳定性测试装置，可以模拟深部巷道开挖，能够在相似模型内部施加连续及多方向的动载，能够真实有效的反应出动力扰动对深部巷道围岩破坏的演化规律，并能够与现场微震能量监测相互反演。

技术特征：

1.一种动静荷载下巷道围岩稳定性测试装置，其特征在于：包括静载施加机构、动载施加机构及计算机；所述静载施加机构包括反力框架、轴向静载液压作动器、侧向静载液压作动器及液压站；所述轴向静载液压作动器竖直固装在反力框架顶部，在轴向静载液压作动器的活塞杆端部固装有轴向静载压板；所述侧向静载液压作动器水平固装在反力框架侧部，在侧向静载液压作动器的活塞杆端部固装有侧向静载压板；所述液压站与反力框架并列分布，液压站通过管路与轴向静载液压作动器和侧向静载液压作动器进行连接，液压站的控制端与计算机进行通信连接；所述动载施加机构包括应力波发生盒及落锤冲击器，应力波发生盒预埋在相似模型的内部，落锤冲击器位于相似模型外部，落锤冲击器与应力波发生盒配合使用。

2.根据权利要求1所述的一种动静荷载下巷道围岩稳定性测试装置，其特征在于：所述反力框架内部设有相似模型制作箱，相似模型制作箱采用可拆卸结构，相似模型在相似模型制作箱内部进行制作定型。

3.根据权利要求1所述的一种动静荷载下巷道围岩稳定性测试装置，其特征在于：在所述相似模型的内部预埋有压力传感器和加速度传感器，压力传感器和加速度传感器的分布位置为开挖后形成的模拟巷道的顶底板和两帮处，压力传感器和加速度传感器与计算机进行通信连接。

4.根据权利要求1所述的一种动静荷载下巷道围岩稳定性测试装置，其特征在于：所述相似模型还配备有巷道变形监测设备，巷道变形监测设备采用xtdic三维光学散斑测量仪，xtdic三维光学散斑测量仪与计算机进行通信连接。

5.根据权利要求1所述的一种动静荷载下巷道围岩稳定性测试装置，其特征在于：所述应力波发生盒整体为方形结构，包括上半盒体和下半盒体，上半盒体和下半盒体扣合构成方形结构的应力波发生盒，上半盒体与下半盒体的扣合接触面为斜面，在上半盒体的扣合接触面上固定设有限位滑销，在下半盒体的扣合接触面上设有限位滑槽，限位滑销位于限位滑槽内。

6.根据权利要求5所述的一种动静荷载下巷道围岩稳定性测试装置，其特征在于：所述落锤冲击器包括支撑底座、支撑导向立柱、冲击滑套、冲击传力销、冲击锤、定滑轮及拉绳；所述支撑导向立柱竖直设置，支撑导向立柱底端与支撑底座固定连接，支撑导向立柱顶端固定顶撑在建筑屋顶，在支撑导向立柱表面设有高度标尺；所述冲击滑套套装在支撑导向立柱上，冲击滑套相对于支撑导向立柱具有上下滑移自由度；所述冲击锤套装在支撑导向立柱上，冲击锤位于冲击滑套上方，冲击锤相对于支撑导向立柱具有上下滑移自由度；所述定滑轮固定安装在支撑导向立柱顶部，所述拉绳绕装在定滑轮上，拉绳一端与冲击锤固定连接，拉绳另一端为自由端；所述冲击传力销水平设置，冲击传力销一端与冲击滑套固定连接；在所述上半盒体的侧壁上开设有冲击传力插孔，冲击传力销另一端插装在冲击传力插孔中。

技术总结
一种动静荷载下巷道围岩稳定性测试装置，包括静载施加机构、动载施加机构及计算机；静载施加机构包括反力框架、轴向静载液压作动器、侧向静载液压作动器及液压站；动载施加机构包括应力波发生盒及落锤冲击器，应力波发生盒预埋在相似模型的内部，落锤冲击器位于相似模型外部，落锤冲击器与应力波发生盒配合使用；反力框架内部设有可拆卸结构的相似模型制作箱；相似模型的内部预埋有压力传感器和加速度传感器；相似模型配备有巷道变形监测设备。本技术的动静荷载下巷道围岩稳定性测试装置，可模拟深部巷道开挖，可在相似模型内部施加连续及多方向动载，可真实有效反应动力扰动对深部巷道围岩破坏演化规律，并能够与现场微震能量监测相互反演。

技术研发人员：范超军,贾策,韩军,朱志洁,徐令金,肖斌,普梓昂,杨雷
受保护的技术使用者：辽宁工程技术大学
技术研发日：20230809
技术公布日：2024/1/5