[发明专利]一种铰接岩梁动载下巷道围岩响应装置及方法

说明书

本发明涉及一种铰接岩梁动载下巷道围岩响应装置及方法，主要包括：组合试验箱、围岩分层模拟系统、加载系统、监测系统，其中组合试验箱是可拆装、透明长方体；围岩分层模拟系统是由铰接块A、B来模拟铰接岩梁，由不同配比混凝土来模拟巷道围岩；加载系统由液压管路、安全阀、压力显示器、高压微变形气囊、低压变形气囊组成，随压力变化，气囊发生形变；监测系统是压力监测计和位移计组成。该装置能实现分区加载，铰接岩梁的下沉、回转，且铰接点位置可调控，能监测并反馈铰接岩梁动载下巷道围岩的动压变化规律、破坏位置与程度、垮落矸石承载力与体积变化规律，装置能循环利用，具有重要价值。

技术领域

本发明涉及巷道围岩领域，尤其涉及一种铰接岩梁动载下巷道围岩响应装置及方法。

背景技术

在煤矿开采中，随着综合机械化开采的不断发展和完善，巷道往往处于复杂地质环境中，受到强采动、采场矿压影响，在巷道上覆岩层中的基本顶将形成铰接岩梁结构，现有设备要做到现场实时监测，程序复杂，监测设备及监测费用高，监测过程耗时耗力，占用空间大。但是，铰接岩梁发生下沉、回转运动对巷道围岩具有剧烈破坏作用，如煤帮片帮、巷旁支护体破坏、直接顶冒顶、直接底鼓起等矿压显现，且铰接岩梁动载发生在巷道围岩深部，看不见，摸不着，不能确定铰接岩梁破断铰接点的位置，不能对铰接岩梁动载下巷道围岩压力分布和位移变化规律达到科学、严谨、清晰认知，严重影响巷道安全，制约矿井安全、高效生产，急需提出一种试验方案，能实现对铰接岩梁动载下巷道围岩动压变化规律、承载能力、破坏位置及程度进行实时监测和观测，能进行定量与定性分析，为铰接岩梁动载下巷道围岩支护提供依据，为矿山铰接岩梁动载下巷道围岩安全提供预测预警。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述针对铰接岩梁发生下沉、回转运动对巷道围岩具有剧烈破坏作用，不能确定铰接岩梁破断铰接点的位置，且对铰接岩梁动载下巷道围岩动压变化规律、承载能力、破坏位置及程度不能科学有效认识问题，现提供一种铰接岩梁动载下巷道围岩响应装置及方法。

本发明采用的技术方案是：一种铰接岩梁动载下巷道围岩响应装置，其特征在于：包括组合试验箱，以及设置于组合试验箱内的围岩分层模拟系统、加载系统、监测系统，其中组合试验箱为可拆装的透明长方体结构，包括主体部，以及与主体部固定的箱体顶层和箱体底层，箱体顶层模拟上覆岩层，箱体底层模拟下覆岩层；围岩分层模拟系统包括模拟的巷道围岩、巷旁支护体、直接顶、直接底、煤帮和垮落矸石；所述铰接块A和铰接块B铰接，模拟铰接岩梁结构，设置在直接顶以及垮落矸石的上方，铰接点的位置能够调节；所述加载系统位于铰接岩梁结构的上方，加载系统包括高压微变形气囊和低压变形气囊，高压微变形气囊和低压变形气囊分别连接液压管路，液压管路连接液压机，管路上安装安全阀和压力显示器，随着加载压力变化，高压微变形气囊和低压变形气囊能够变形，所述高压微变形气囊具有压力大，变形小特点，所述低压变形气囊具有压力低，变形大的特点，能对所述铰接岩梁不同区段产生高压、低压分段挤压力；监测系统由压力监测计和位移计组成，监测系统安装在围岩分层模拟系统内部，所述铰接岩梁动载下巷道围岩响应装置能实现分区加载，铰接岩梁的下沉、回转，能监测反馈铰接岩梁动载下巷道围岩的动压变化规律、破坏位置及程度，能反馈垮落矸石承载力与体积变化规律。

所述组合试验箱，其整体框架为长方体钢结构框架，两侧焊接三角稳定架，前、后、左、右面安装亚克力透明板，亚克力透明板的两侧设置安装孔；组合试验箱内部的两侧对称设置有夹板，夹板的上下端与箱体底层和箱体顶层以及组合试验箱固连为一体。

所述箱体底层和箱体顶层分别为长方体钢性块结构，钢性块上分别横向开设两个水平设置的导孔，夹板上开设导孔，所述导孔均与组合试验箱的安装孔对应，通过固定刚梁依次穿过上述导孔用螺母将夹板、箱体底层以及箱体顶层与组合试验箱固连。

所述铰接点位于所述模拟的煤帮上部、巷道上部、巷旁支护体上部以及所述垮落矸石上部。