[发明专利]多角度倾斜岩层巷道支护相似模拟试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种多角度倾斜岩层巷道支护相似模拟试验装置及试验方法，包括底座，其还包括：旋转架，一端与所述底座的一端相铰接，其另一端与所述底座的另一端通过角度调节机构相连接，所述角度调节机构用于调节所述旋转架相对于所述底座的旋转角度；框模，放置在所述旋转架上，所述框模内部铺设有煤岩层相似材料；锚杆支护巷道壳体，固定在所述框模的侧壁上，且位于所述煤岩层相似材料的内部；加载单元，用于对所述煤岩层相似材料施加载荷；数据监测单元，用于采集所述煤岩层相似材料的实验数据。本发明能适用于不同巷道支护方案的模拟，并且能实现煤岩层相似材料中各岩层之间倾角的差异化调节。

技术领域

本发明涉及矿山支护试验领域，特别是涉及一种锚杆支护巷道相似模拟试验装置及试验方法。

背景技术

巷道是井工煤矿开采的必要通道，据统计，我国煤矿每年新掘进巷道总长达12000km，巷道支护工程规模巨大，对煤矿安全、产量与效益有显著影响。锚杆支护技术通过对掘进后的巷道围岩中打眼，再将锚杆插入眼孔，充分利用围岩自身强度来稳定围岩。锚杆支护技术能够有效地控制围岩变形与破坏，改善围岩应力状态，国内外大量岩土工程实践证明，影响锚杆支护效果因素有很多，其中岩体层理结构与物理力学性质是重要影响因素。目前，随着井工煤矿开采深度、开采范围与开采强度增加，盆地、断层、褶曲、及侵蚀等地质条件层出不穷，巷道锚杆支护难度增加，面临着煤层倾斜角度过大以及围岩岩层之间的倾斜角度差异问题，更容易出现巷道片帮和冒顶等事故。因此如果利用相似模拟试验通过结合现场工程地质条件对巷道支护效果进行模拟，通过模拟结果，得到最佳锚固参数，利用模拟出的最佳锚固参数反推出现场锚固方案，从而为锚杆支护方案设计及优化提供试验依据。

中国专利申请号201310024637X公开了一种锚杆支护锚固施工仿真综合试验装置，该装置虽然是一个可以模拟三维状态下巷道锚杆支护的试验装置，但是模拟锚杆支护时，不但忽略了煤层的倾角变化，更忽略了各岩层之间倾角差，只能模拟固定倾角煤层的锚杆支护，这是一种理想状态的模拟，可作为教学试验装置为学生演示锚杆如何支护巷道，但是由于脱离实际，对煤矿施工指导价值不足。中国专利申请号201720199180.X提供了一种用于巷道围岩支护与变形的相似模拟材料实验装置，该专利通过在水平方向对相似材料施加力进行模拟侧向应力对煤矿采动损害的影响，但一是无法精确监测巷道支护锚杆受力变化及巷道围岩变形情况，二是无法用在倾斜角度较大的巷道顶部岩层中。申请号为CN201410483291.4的发明专利提供了一种大型巷道支护实验室模拟系统，采用电钻机对巷道钻孔并安装锚杆，在侧压及轴压加载作用下，采用声发射方法对支护效果进行监测，但锚杆在安装过程中与围岩粘结性较差，容易造成锚杆脱落，影响巷道支护效果，同时也无法模拟倾斜角度较大的巷道顶部岩层支护效果。

为了使模拟更加与现场相符，中国专利申请号为201510011652.X的发明专利提供了一种倾斜岩层物理相似模拟装置，采用横梁悬吊与底架千斤顶支撑方式对可倾斜机架角度的调节，从而适应岩层的倾斜，但未涉及各岩层之间倾角差异化调节；中国专利申请号为201620679270.4的实用新型专利提供了一种倾角可调式急倾斜煤层开采模拟实验架，从它【0047】段记载的内容看出，在实际应用中它通过在试验架下垫不同高度垫块实现煤岩层角度调节，这种调节方式是一种粗略的方式，不易实现角度的精确控制，无法模拟现场的状况；另外，在该文献【0042】段记载的内容看出，模拟实验的时候，它要求上下岩层与煤层平行设置，这说明它忽略了岩层之间的倾角差异。中国专利申请号为201510689917.1的发明专利提供了一种可模拟倾斜岩层的全自动相似模拟试验装置，相似材料铺设及试验加载等过程均由控制系统控制，能够模拟倾斜岩层的开挖，但岩层可调节角度范围较小，在模拟大倾角岩层时存在困难。除此之外，上述专利均未涉及巷道锚杆支护。

综上所述，如何改进现有锚杆支护巷道相似模拟装置，能差异化调节各岩层之间倾角，实现室内试验模拟过程中锚杆受力的精确监测，满足道锚杆支护室内研究的需要，成为亟待解决的问题。

发明内容