[发明专利]一种井下巷道围岩风化模拟装置及方法

说明书

一种井下巷道围岩风化模拟装置及方法，适用于矿井易风化巷道围岩风化的模拟。包括括恒温系统、恒温恒湿系统、风化作用系统、通风系统、数据采集系统；将模拟巷道围岩的试件放入密封盒中并固定好，依次打开恒温系统、恒温恒湿系统，将温度、湿度设定为实验规定的标准值，同时打开数据采集系统；打开负压风机风化模拟实验开始；数据采集系统实时监测流入试件中气体的温度、湿度和风速并利用摄像头实时观测记录不同时间下表面风化的变化。检测效果直观，精度高，模块化设计、操作容易、成本低廉的优点。

技术领域

本发明涉及一种井下巷道围岩风化模拟的实验装置及方法，尤其适用于矿井易风化巷道围岩风化模拟研究。

背景技术

我国煤矿地质条件复杂，风化巷道广布。井下空气湿度大、巷道风速大、冬夏季节巷道通风温差较大，长时间的风化作用导致巷道围岩原有的结构和构造遭到破坏、矿物成份发生次生变化，使得煤岩体的孔隙率增大、风化裂隙增多，再加上受采掘等工程扰动的影响，围岩的松散破碎扩展深度长达6～10m，极大地弱化围岩强度和承载结构，降低了巷道围岩稳定性，缩短了巷道服务寿命，增加了巷道维修成本，甚至引发由于围岩片帮冒顶失稳导致的安全事故。

目前对于巷道围岩风化的研究主要集中于对已风化巷道的支护技术研究，缺少对于巷道围岩风化过程的研究，更缺乏巷道围岩风化模拟相关的实验装置及方法。

发明内容

技术问题：针对上述技术的不足之处，提供一种结构简单，使用方便，可以真实的模拟巷道围岩的风化变化，以揭示空气、水分及温度对围岩的风化作用规律，还可以用于测试不同厚度、不同材料配比的喷浆层对于围岩抗风化的实际效果的井下巷道围岩风化模拟的实验装置及方法。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明的井下巷道围岩风化模拟装置，包括恒温系统、恒温恒湿系统、风化作用系统、通风系统和数据采集系统，其中恒温系统、恒温恒湿系统、风化作用系统、通风系统通过通风管路顺序串联，通风管路上设有隔热套，数据采集系统与风化作用系统相连接；

所述恒温系统包括恒温箱，恒温箱内设有双U型结构的蛇形通风管，恒温箱内设有加热管并充满恒温液体；所述恒温恒湿系统包括通过通风管相互连接的恒温恒湿箱Ⅰ和恒温恒湿箱Ⅱ，风化作用系统包括密封箱，整个密封箱内设有隔热层，密封箱内部设有固定试件装置，固定试件装置上设有模拟巷道围岩的试件，所述模拟巷道围岩的试件为圆环柱体结构，模拟巷道围岩的试件中的通孔与通风管匹配，密封箱两侧开有与通风管匹配的进风口和出风口，两根通风管分别通过进风口和出风口与模拟巷道围岩的试件的通孔连接，通过出进风口的通风管与恒温恒湿箱Ⅱ相连接，通过出风口的通风管与通风系统相连接，所述通风系统由负压风机以及连接恒温系统、恒温恒湿系统、风化作用系统中风道管路的通风管组成；构成；所述数据采集系统包括温度传感器、湿度传感器、风速传感器、摄像头、数据采集中心和工程机，其中温度传感器、湿度传感器设置在密封箱的进风口处的通风管路中，风速传感器设置在密封箱的出风口处的通风管路中，摄像头设置在模拟巷道围岩的试件上上，温度传感器、湿度传感器、风速传感器和摄像头通过线路分别与数据采集中心的输入端先烈，数据采集中心的输出端与工程机相连接。

所述蛇形通风管和通风管路由透明PE塑料制成，隔热套为气凝胶毡制成，所述隔热层由真空隔热板制成。

恒温恒湿箱Ⅰ和恒温恒湿箱Ⅱ为型号HK-640D，恒温箱的型号为CKDZ-080GF，湿度传感器的型号为HY6004。

所述模拟巷道围岩的试件经过45℃恒温烘干48h后，在抽真空箱中0.1MPa的压力下抽真空12h以去除水分，外径为20～40cm，内外径比为1/4～1/2，高径比为1～2。

一种井下巷道围岩风化模拟方法，其步骤如下：