一種膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于隧道工程、地下工程、采礦工程圍巖控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種 膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著煤炭開采程度加劇，東部資源日漸枯竭，中部受資源與環(huán)境約束的矛盾日益 加劇，資源開發(fā)加速向西部轉(zhuǎn)移。西部資源豐富，開發(fā)潛力大，預(yù)計(jì)到2015年底，西部地區(qū) 煤炭產(chǎn)量將達(dá)到20. 9億噸，將占全國煤炭產(chǎn)量的53%，西部地區(qū)礦井持續(xù)健康發(fā)展對(duì)保障 國家能源安全具有重要作用。
[0003] 巷道控制問題一直是困擾我國煤礦安全高效開采的關(guān)鍵問題之一。長期以來，巷 道支護(hù)理論和技術(shù)作為采礦工程領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，已對(duì)多種復(fù)雜條件巷道圍巖變形機(jī)理及 控制技術(shù)進(jìn)行了系列研究，取得了豐碩成果，包括破碎圍巖巷道支護(hù)技術(shù)、大斷面巷道支護(hù) 技術(shù)、深井高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)技術(shù)、沿空巷道支護(hù)技術(shù)等，獲得了多種組合支護(hù)方式，如 錨網(wǎng)噴+錨索+架棚+注漿聯(lián)合支護(hù)方式，有效解決了大量復(fù)雜條件巷道支護(hù)難題。
[0004] 內(nèi)蒙古自治區(qū)是西部主要產(chǎn)煤省份之一，其蒙東褐煤主產(chǎn)區(qū)遭遇膨脹軟巖巷道支 護(hù)難題，該類巷道變形呈現(xiàn)持續(xù)的非線性大變形特征，現(xiàn)已嘗試采用錨網(wǎng)噴+U36型鋼聯(lián)合 支護(hù)、錨網(wǎng)噴+12#礦用工字鋼對(duì)棚聯(lián)合支護(hù)，均未取得預(yù)期效果。在內(nèi)蒙古自治區(qū)上海廟 礦區(qū)，以及陜西、甘肅、寧夏、新疆境內(nèi)亦存在嚴(yán)重的膨脹軟巖巷道支護(hù)難題，該難題已成為 當(dāng)前煤礦安全生產(chǎn)面臨的重要課題。
[0005] 膨脹軟巖中含有較高比例的膨脹性粘土礦物，巖層膠結(jié)程度差，屬于力學(xué)強(qiáng)度較 低的極軟巖層，現(xiàn)有支護(hù)方式以及相關(guān)支護(hù)方式的組合根本無法取得預(yù)期效果。在該特殊 地質(zhì)條件下，大部分巷道陷入前掘后修的困境，這大大增加預(yù)算投資，同時(shí)嚴(yán)重威脅礦井安 全生產(chǎn)。
[0006] 膨脹軟巖巷道支護(hù)問題已成為制約煤炭企業(yè)發(fā)展，甚至制約西部煤炭新區(qū)順利建 設(shè)的一大瓶頸。突破該瓶頸，研究膨脹軟巖巷道圍巖損傷演化機(jī)理，對(duì)保證該特殊條件礦井 安全生產(chǎn)具有重要意義，同時(shí)將為我國煤炭企業(yè)持續(xù)健康發(fā)展提供有力保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有膨脹軟巖損傷演化相似模擬研究中試驗(yàn)裝置 的缺陷，提供了一種膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，所述裝置具有 簡單便捷、操作方便、圍巖膨脹條件與現(xiàn)場一致、圍巖膨脹過程形象再現(xiàn)、圍巖膨脹壓力精 確測定等優(yōu)點(diǎn)。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0009] -種膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗(yàn)裝置，所述裝置包括基本框架結(jié)構(gòu)、模 型巷道、連接螺栓；所述基本框架結(jié)構(gòu)包括上側(cè)框架、下側(cè)框架、左側(cè)框架、右側(cè)框架、前側(cè) 框架和后側(cè)框架；所述6側(cè)框架的每側(cè)框架均由厚板和薄板兩塊有機(jī)玻璃板組成；所述厚 板厚度為20~30mm，所述厚板位于框架外側(cè)；所述薄板厚度為10~20mm，薄板位于框架內(nèi) 側(cè)。
[0010] 與現(xiàn)有相似模擬試驗(yàn)裝置相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：本實(shí)用新型所 述裝置可以有效克服現(xiàn)有裝置對(duì)圍巖膨脹變形條件難以精確控制，以及對(duì)圍巖膨脹變形中 的膨脹壓力難以精確測定等缺陷，該裝置密封性好，可以有效隔絕空氣，最大限度降低外部 條件對(duì)圍巖膨脹變形的影響。試驗(yàn)過程中可以根據(jù)圍巖重量，定時(shí)、定量、均勻?qū)鷰r加水， 從而進(jìn)行不同含水率下圍巖膨脹損傷演化試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中傳感器與裝置表面接觸好，可 以有效提高壓力測試精度。結(jié)合模型巷道具體形狀及尺寸，可以實(shí)現(xiàn)巷道開挖精確控制。該 圍巖損傷相似模擬試驗(yàn)裝置將為膨脹軟巖巷道圍巖損傷機(jī)理研究提供新的思路和方法。
[0011] 結(jié)合附圖閱讀本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】后，本實(shí)用新型的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變 得更加清楚。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本實(shí)用新型所述膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗(yàn)裝置三向視圖。
[0013] 圖2為本實(shí)用新型所述膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗(yàn)裝置左右兩側(cè)框架 示意圖。其中（a)為左側(cè)框架圖，（b)為右側(cè)框架圖。
[0014] 圖3為本實(shí)用新型所述膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗(yàn)裝置左右框架兩板 結(jié)構(gòu)示意圖。其中（a)為厚板結(jié)構(gòu)圖，（b)為薄板結(jié)構(gòu)圖。
[0015] 圖4為本實(shí)用新型所述膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗(yàn)裝置前后兩側(cè)框架 示意圖。其中（a)為后側(cè)框架圖，（b)為前側(cè)框架圖。
[0016] 圖5為本實(shí)用新型所述膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗(yàn)裝置前后框架兩板 結(jié)構(gòu)示意圖。其中（a)為厚板結(jié)構(gòu)圖，（b)為薄板結(jié)構(gòu)圖。
[0017] 圖6為本實(shí)用新型所述膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗(yàn)裝置下側(cè)框架示意 圖。
[0018] 圖7為本實(shí)用新型所述膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗(yàn)裝置下側(cè)框架兩板 結(jié)構(gòu)示意圖。其中（a)為厚板結(jié)構(gòu)圖，（b)為薄板結(jié)構(gòu)圖。
[0019] 圖8為本實(shí)用新型所述膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗(yàn)裝置上側(cè)框架示意 圖。
[0020] 圖9為本實(shí)用新型所述膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗(yàn)裝置上側(cè)框架兩板 結(jié)構(gòu)示意圖。其中（a)為厚板結(jié)構(gòu)圖，（b)為薄板結(jié)構(gòu)圖。
[0021] 圖10為本實(shí)用新型所述膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗(yàn)裝置模型巷道示意 圖。
[0022] 圖中，1、上側(cè)框架厚板；2、上側(cè)框架薄板；3、左側(cè)框架厚板；4、左側(cè)框架薄板；5、 下側(cè)框架厚板；6、下側(cè)框架薄板；7、右側(cè)框架厚板；8、右側(cè)框架薄板；9、后側(cè)框架厚板；10、 后側(cè)框架薄板；11、前側(cè)框架厚板；12、前側(cè)框架薄板；13、壓力傳感器安裝槽；14、預(yù)加水 孔；15、螺孔；16、連接螺栓；17、上側(cè)凹槽；18、下側(cè)凹槽；19、左側(cè)凹槽；20、右側(cè)凹槽；21、 矩形開挖口； 22、模型巷道。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0024] 實(shí)施例1
[0025] 如圖1所示，本實(shí)用新型所述膨脹軟巖巷道圍巖損傷相似模擬試驗(yàn)裝置包括基本 框架結(jié)構(gòu)、連接螺栓16和模型巷道22三部分。
[0026] 如圖1所示，基本框架結(jié)構(gòu)包括上側(cè)框架、下側(cè)框架、左側(cè)框架、右側(cè)框架、前側(cè)框 架和后側(cè)框架，所述6側(cè)框架的每側(cè)框架均由厚板和薄板兩塊有機(jī)玻璃板組成；具體為上 側(cè)框架的厚板1和薄板2、下側(cè)框架的厚板5和薄板6、左側(cè)框架的厚板3和薄板4、右側(cè)框 架的厚板7和薄板8、前側(cè)框架的厚板11和薄板12、后側(cè)框架的厚板9和薄板10。所述厚 板和薄板在其中央位置、以及中央位置向上、下、左、右四個(gè)方向每隔200~300mm加工有壓 力傳感器安裝槽13,壓力傳感器安裝槽13凹向厚板和薄板。
[0027] 如圖2所示，基本框架結(jié)構(gòu)的左側(cè)框架的厚板3和右側(cè)框架的厚板7長度、寬度尺 寸均一致，左側(cè)框架的薄板4和右側(cè)框架的薄板8長度、寬度尺寸一致。
[0028] 如圖3所示，基本框架結(jié)構(gòu)的左右兩側(cè)框架的厚板3和厚板7的邊緣分別加工有 上側(cè)凹槽17、下側(cè)凹槽18、左側(cè)凹槽19、右側(cè)凹槽20。在所述厚板3、7和薄板4、8的四角 位置分別加工有四個(gè)螺孔15。
[0029] 如圖4所示，基本框架結(jié)構(gòu)的前側(cè)框架的厚板11、后側(cè)框架的厚板9、前側(cè)框架的 薄板12和后側(cè)框架的薄板10長度、寬度尺寸一致。
[0030] 如圖5所示，基本框架結(jié)構(gòu)的前后兩側(cè)框架的厚板11、9和薄板12、10的中間位置 加工有矩形開挖口 21