[发明专利]一种用于深埋巷道掏槽爆破的模拟装置及其加载方法

说明书

本发明公开了实验设备技术领域中的一种用于深埋巷道掏槽爆破的模拟装置及其加载方法，包括双轴加载单元和设置于所述双轴加载设备内的岩体模拟试件；先制作巷道实验模型，利用电爆破综合实验系统对模型进行爆破，研究不同应力水平下掏槽孔爆破的破岩机理、爆后岩块的运动特征、动态应变演化过程及爆后效果分析。本文发明主要研究深部高应力的巷道，利用相似实验定律对应力相似常数和几何相似常数分别独立选取，根据现场爆破实况布置爆破炮孔与网络，可以实现对现场掏槽爆破过程的全面与真实模拟。为矿山巷道掏槽爆破机理研究提供可靠的实验方法与结果,可为现场掏槽爆破优化提供指导。

技术领域

本发明属于实验设备技术领域，具体涉及一种用于深埋巷道掏槽 爆破的模拟装置及其加载方法。

背景技术

钻爆法是目前我国深埋硬岩井巷掘进的主要施工方法，被广泛应 用于矿山、水利、铁路等行业的隧道和大型硐室开挖，但其可控性比 较差，同时也带来很多负面影响。近年来,国内外科研人员利用模型 试验方法对爆破问题进行了大量研究。许多案例说明如何提高爆破效 率,改善爆破效果，减少炸药单耗,仍是岩巷掘进爆破工作中应解决的 主要问题。针对巷道掘进掏槽效果差、炮眼利用率低的难题,可采用 物理模型试验方法进行不同掏槽方式的模型试验研究。物理模型试验 方法具有直观、可信度高、成本相对较低和不耽误现场生产的优点。 巷道掏槽爆破模型试验,是根据爆破模拟的相似律,包括材料、岩石力学、几何、动力以及边界条件的相似性,来确定掏槽爆破所必需的参 数,如布控方式、炮孔间距和延时等,对爆破成腔体积、抛掷量和破碎 率等爆破效果进行评价；从而可以通过一系列系统的小尺寸的物理模 型掏槽爆破试验来模拟生产现场的全尺寸爆破,得到与现场巷道掘进 爆破结果几乎相近的定性与定量相结合的分析,达到事半功倍的目 的。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有实验设备技术领域中存的缺陷，提 出一种用于深埋巷道掏槽爆破的模拟装置及其加载方法，可实现利用 小尺寸物理模型对高应力巷道掏槽爆破过程的模拟，可对爆破过程的 裂纹扩展与应变场演化进行观察；也可对爆破后的碎块的块度分布和 成腔效果进行评价分析；通过相应的测量仪器和监测设备获得真实准 确的试验数据，为现场爆破孔位与参数的设计和优化提供依据。解决 了室内进行高应力掏槽爆破试验没有实体，无法对现场真实情况进行 实体化的模拟，所需模型较大，试验周期长，实体均质性差的问题。 该方法具有试件尺寸小、均质性好、操作简单、试验周期短、无传爆困难、适用性强的特点，具有广泛的工程实践意义和应用前景。

为了实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于深埋巷道掏槽爆破的模拟装置，包括双轴加载单元和设 置于所述双轴加载设备内的岩体模拟试件；

所述岩体模拟试件包括成型底座、模具、第一电极、第二电极、 连接部和固定横梁，所述模具设置成一侧开口的半框状，所述固定横 梁安装在所述模具的开口侧上，所述成型底座设置在所述模具的内 部，所述第一电极和第二电机分别安装在所述成型底座上的不同位 置，所述第一电极的中部和第二电极的中部通过连接部相连接，所述 第一电极和第二电极分别穿过所述固定横梁向外延伸；

所述双轴加载单元包括双轴加载器和控制器，所述岩体模拟试件 连接在双轴加载器的内部侧壁上，所述岩体模拟试件与所述双轴加载 器之间设有垫块，所述控制器设置在所述岩体模拟试件的外部且与双 轴加载器内部侧壁电性连接。

作为优选地，所述第一电极包括固定绝缘棒和第一连接棒，所述 固定绝缘棒的一端连接在所述成型底座上并延伸到所述成型底座的 底侧，所述固定绝缘棒的另一端开设有铜棒固定孔，所述第一连接棒 的一端连接在所述固定绝缘棒的铜棒固定孔内，所述第一连接棒的另 一端穿过所述固定横梁延伸到所述模具的外部。

作为优选地，所述第二电极包括空孔成型金属棒和第二连接棒， 所述空孔成型金属棒的一端连接在所述成型底座上且与所述固定绝 缘棒不在同一位置，所述空孔成型棒的另一端开设有固定孔，所述第 二连接棒的一端固定连接在所述空孔成型棒的固定孔内，所述第二连 接棒的另一端穿过所述固定横梁延伸到所述模具的外部。