[发明专利]模拟煤矿回采巷道裂隙演化的可视化试验装置及试验方法

说明书

模拟煤矿回采巷道裂隙演化的可视化试验装置，包括真空桶、透明模型箱和颗粒均布箱，真空桶包括上盖和桶体，上盖上安装有压力测试仪和抽气管道，抽气管道的上端连接有真空泵，透明模型箱安装在桶体内底部中心，颗粒均布箱位于透明模型箱的正上方，透明模型箱的上侧敞口，透明模型箱的前侧面开设有圆形排水孔，透明模型箱内设有矩形水囊，矩形水囊连接有排水管，排水管的出水端穿过圆形排水孔，排水管的出水端设有排水阀，颗粒均布箱的上侧和下侧均敞口，颗粒均布箱的下侧固定连接有颗粒投放板组，颗粒投放板组的前后两侧分别固定连接在桶体的前后两侧内壁上。本发明具有设计科学、结构合理、方便制作煤矿回采巷道围岩结构的模型的优点。

技术领域

本发明涉及煤矿模拟实验装置领域，具体的说，涉及一种模拟煤矿回采巷道裂隙演化的可视化试验装置及其试验方法。

背景技术

煤矿回采巷道围岩是由不同岩性的顶板、底板和两帮组成的一个复合结构。巷道围岩复合结构中各部分的强度、受力特征等力学特性是有差异的，而只有掌握煤岩体复合结构的裂隙演化规律，才能采取有效支护来实现巷道围岩稳定的精准控制。

由于地下工程环境的复杂性及难于现场研究的制约，相似模拟试验成为了实现此类岩土、地质及矿山等复杂工程环境再现的一种重要科学研究手段。而现有相似模拟试验只能观测模型表面变形和裂隙，难以满足对巷道围岩全域全程的变形及裂纹扩展进行深入的分析研究。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种设计科学、结构合理、方便制作煤矿回采巷道围岩结构的模型的模拟煤矿回采巷道裂隙演化的可视化试验装置及其试验方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

模拟煤矿回采巷道裂隙演化的可视化试验装置，包括真空桶、透明模型箱和颗粒均布箱，真空桶包括上盖和桶体，上盖上安装有压力测试仪和抽气管道，抽气管道的下端伸入到真空桶内部，抽气管道的上端连接有真空泵，上盖、桶体、透明模型箱和颗粒均布箱均为透明材料制成，透明模型箱和颗粒均布箱的外形均为中空长方体结构，透明模型箱固定安装在桶体内底部中心，颗粒均布箱安装在桶体内上部且位于透明模型箱的正上方，透明模型箱的上侧敞口，透明模型箱的前侧面中部开设有圆形排水孔，透明模型箱内设有沿前后水平方向布置的矩形水囊，矩形水囊连接有排水管，排水管的出水端穿过圆形排水孔设在透明模型箱的外侧，排水管的出水端设有排水阀，颗粒均布箱的上侧和下侧均敞口，颗粒均布箱的下侧固定连接有颗粒投放板组，颗粒投放板组水平设置，颗粒投放板组的前后两侧分别固定连接在桶体的前后两侧内壁上。

颗粒投放板组包括上板和下板，上板和下板均为水平设置的矩形板，上板和下板的大小相同，颗粒均布箱的横截面小于上板，颗粒均布箱的下侧固定连接在上板的上表面，上板与下板上下对应，下板滑设在上板下方的桶体上，上板的前后两侧边分别通过两根水平连接轴固定连接在桶体的前后两侧内壁上，下板的前后两侧边分别通过两根水平滑动轴滑动连接在桶体的前后两侧内壁上，前侧的两根水平滑动轴前端伸出桶体的前侧，后侧的两根水平滑动轴后端伸出桶体的后侧，上板上均匀开设有若干上投放通孔，下板上均匀开设有若干下投放通孔，当上板和下板上下正对齐时，各个上投放通孔与各个下投放通孔相互错开，当下板向前滑动与上板错开时，各个上投放通孔分别与各个下投放通孔一一上下对应。

上投放通孔和下投放通孔均为矩形孔。

排水管与圆形排水孔之间密封连接，抽气管道上设有气阀。

模拟煤矿回采巷道裂隙演化的可视化试验装置的试验方法，包括以下步骤：

（1）在透明模型箱内配置模拟底板；

（2）在透明模型箱内配置位于模拟底板顶部的模拟煤层；

（3）在透明模型箱内配置位于模拟煤层顶部的模拟顶板；

（4）从真空桶内取出透明模型箱；