[发明专利]一种大型巷道支护实验室模拟系统及方法

摘要

本发明公开了一种大型巷道支护实验室模拟系统，包括大型巷道支护模拟系统、加压传力系统和支护数据采集系统，大型巷道支护模拟系统由大型巷道外形模拟机构和支护模拟机构组成；加压传力系统包括底座、侧向加压传力机构、轴向加压传力机构、侧压动力系统和轴压动力系统；支护数据采集系统包括轴向引伸计、径向引伸计、计算机、EDC数字控制器和加压控制器；每根锚杆外露在橡胶圈内部的端部均安装有声发射传感器。本发明还公开了一种大型巷道支护实验室模拟方法。本发明能够根据不同矿井的地质情况真实模拟井下巷道的支护效果以及巷道在压力作用下产生巷帮变形、底鼓的条件，且能够模拟出巷道在扰动作用下蠕变失稳变形状态。

主权项

一种大型巷道支护实验室模拟系统，其特征在于：包括大型巷道支护模拟系统、加压传力系统和支护数据采集系统，所述大型巷道支护模拟系统由大型巷道外形模拟机构和支护模拟机构组成，所述大型巷道外形模拟机构包括横截面为回字形的巷道模型箱(11)和套装在巷道模型箱(11)中间通道内的横截面为方形的橡胶圈(10)，所述巷道模型箱(11)内部填充有压实的用于模拟巷道围岩的相似模拟材料(21)；所述支护模拟机构包括用于卡合连接在橡胶圈(10)内部侧壁上和顶面上的方形钢网(43)，以及用于固定连接在橡胶圈(10)内部侧壁上、顶面上和底面上的多块矩形钢板(41)，每块所述矩形钢板(41)上均设置有多个用于安装锚杆(8)的锚杆孔(42)；所述加压传力系统包括底座(6)、侧向加压传力机构和轴向加压传力机构，以及用于为侧向加压传力机构加载侧压提供动力的侧压动力系统和用于为轴向加压传力机构加载轴压提供动力的轴压动力系统；所述侧向加压传力机构包括设置在底座(6)上且位于巷道模型箱(11)左侧的左立柱(20)和位于巷道模型箱(11)右侧的右立柱(3)，所述左立柱(20)紧贴巷道模型箱(11)设置，位于所述右立柱(3)与巷道模型箱(11)之间的底座(6)上设置有紧贴右立柱(3)的侧向反力架(4)，位于侧向反力架(4)与巷道模型箱(11)之间的底座(6)上设置有紧贴侧向反力架(4)和巷道模型箱(11)的液压钢枕(5)；所述轴向加压传力机构包括安装在左立柱(20)和右立柱(3)顶部的轴向反力架(1)，以及均匀吊装在轴向反力架(1)底部的四个液压千斤顶(2)、安装在巷道模型箱(11)顶部的传力板(16)和安装在传力板(16)顶部的垫板(17)，所述垫板(17)顶部安装有四个分别位于四个液压千斤顶(2)正下方的传力座(18)；所述侧压动力系统包括第一液压油箱(34)和一端与第一液压油箱(34)连接的液压钢枕进油管(35)，所述液压钢枕进油管(35)的另一端与液压钢枕(5)的油口连接，所述液压钢枕进油管(35)上从连接第一液压油箱(34)到液压钢枕(5)的油口的方向依次连接有第一双向油泵(33)、第一换向阀(32)和第一压力计(31)，位于第一换向阀(32)和第一压力计(31)之间的一段液压钢枕进油管(35)上连接有接入第一液压油箱(34)的第一溢流管(38)，所述第一溢流管(38)上连接有第一溢流阀(37)；所述轴压动力系统包括第二液压油箱(23)和一端与第二液压油箱(23)连接的液压千斤顶进油总管(24)，所述液压千斤顶进油总管(24)的另一端通过第一同步阀(30)连接有第一液压千斤顶进油支管(45)和第二液压千斤顶进油支管(46)，所述第一液压千斤顶进油支管(45)上通过第二同步阀(47)连接有两条第二液压千斤顶进油分管(49)，所述第二液压千斤顶进油支管(46)上通过第三同步阀(48)连接有两条第二液压千斤顶进油分管(49)，四条第二液压千斤顶进油分管(49)分别对应与四个液压千斤顶(2)的油口连接，所述液压千斤顶进油总管(24)上从连接第二液压油箱(23)到第一同步阀(30)的方向依次连接有第二双向油泵(25)、第二换向阀(26)和第二压力计(29)，位于第二换向阀(26)和第二压力计(29)之间的一段液压千斤顶进油总管(24)上连接有接入第二液压油箱(23)的第二溢流管(28)，所述第二溢流管(28)上连接有第二溢流阀(27)；所述支护数据采集系统包括用于对巷道模型箱(11)的轴向应变进行检测的轴向引伸计(14)和用于对巷道模型箱(11)的径向应变进行检测的径向引伸计(9)，以及计算机(40)、EDC数字控制器(39)和加压控制器(36)，所述EDC数字控制器(39)和加压控制器(36)均与计算机(40)相接，所述轴向引伸计(14)和径向引伸计(9)十字交叉固定在固定器(13)上后设置在橡胶圈(10)内，所述轴向引伸计(14)的两端分别与橡胶圈(10)内部顶面和底面紧密贴合，所述径向引伸计(9)的两端分别与橡胶圈(10)内部左侧壁和右侧壁紧密贴合，所述轴向引伸计(14)和径向引伸计(9)均与EDC数字控制器(39)相接；每根所述锚杆(8)外露在橡胶圈(10)内部的端部均安装有用于对巷道模型箱(11)内部的相似模拟材料(21)的声发射信号进行检测的声发射传感器(12)，所述声发射传感器(12)、第一压力计(31)和第二压力计(29)均与加压控制器(36)的输入端相接，所述第一双向油泵(33)、第一换向阀(32)、第二双向油泵(25)和第二换向阀(26)均与加压控制器(36)的输出端相接。