[发明专利]一种用于特殊围岩结构巷道或隧道物理相似模型及其精准铺设和开挖方法

权利要求书

1.一种用于特殊围岩结构巷道或隧道物理相似模型，其特征在于，包括：试验模型主体(1)和相似模拟试验台，所述试验模型主体(1)由多个煤层和岩层铺设叠加而成，相邻的两个煤岩层之间铺设有云母粉，所述试验模型主体(1)上设有与填充模型(12)的形状相匹配的通孔，所述通孔的断面位于多个煤岩层之间，所述相似模拟试验台包括：一个试验台底座(11)、两个试验台侧挡板(7)和多个试验台后挡板(2)，所述试验模型主体(1)置于试验台底座(11)的上表面，两个试验台侧挡板(7)的下表面均与所述试验台底座(11)的上表面连接，两个所述试验台侧挡板(7)分别与试验模型主体(1)的左右两侧相抵，试验模型主体(1)的后侧设有多个所述试验台后挡板(2)，每一个所述试验台后挡板(2)呈矩形条状，每一个试验台后挡板(2)的两端分别与两个所述试验台侧挡板(7)连接。

2.根据权利要求1所述的用于特殊围岩结构巷道或隧道物理相似模型，其特征在于，每一个所述试验台侧挡板(7)的前后两侧均设有螺纹孔(10)，每一个所述试验台后挡板(2)的左右两端分别和两个所述试验台侧挡板(7)通过挡板固定螺丝(9)连接。

3.根据权利要求2所述的用于特殊围岩结构巷道或隧道物理相似模型，其特征在于，所述填充模型(12)的截面呈直墙半圆拱形，所述通孔的断面呈直墙半圆拱形。

4.根据权利要求2所述的用于特殊围岩结构巷道或隧道物理相似模型，其特征在于，所述填充模型(12)的截面呈矩形，所述通孔的断面呈矩形。

5.根据权利要求2所述的用于特殊围岩结构巷道或隧道物理相似模型，其特征在于，所述填充模型(12)的截面呈圆形，所述通孔的断面呈圆形。

6.根据权利要求2所述的用于特殊围岩结构巷道或隧道物理相似模型，其特征在于，所述试验模型主体(1)为半煤岩巷道物理相似模型或半煤岩隧道物理相似模型。

7.根据权利要求2所述的用于特殊围岩结构巷道或隧道物理相似模型，其特征在于，所述试验模型主体(1)为近水平全煤巷道物理相似模型或近水平全煤隧道物理相似模型。

8.根据权利要求2所述的用于特殊围岩结构巷道或隧道物理相似模型，其特征在于，所述试验模型主体(1)为近水平全岩巷道物理相似模型或近水平全煤隧道物理相似模型。

9.根据权利要求1所述的用于特殊围岩结构巷道或隧道物理相似模型，其特征在于，所述填充模型(12)包括：钢筋焊接内框(13)和塑料板材(14)，在钢筋焊接内框(13)的外表面铺设连接有所述塑料板材(14)。

10.一种用于特殊围岩结构巷道或隧道物理相似模型的精准铺设和开挖方法，涉及权利要求1至权利要求9中任一所述的用于特殊围岩结构巷道或隧道物理相似模型，其特征在于，所述相似模拟试验台还包括：试验台前挡板(8)和定位提示标签(6)，所述试验台前挡板(8)呈矩形条状，每一个试验台前挡板(8)的两端均设有与所述挡板固定螺丝(9)相匹配的通孔；

所述精准铺设和开挖方法包括：

精准铺设方法：

S1：依据巷道或隧道通过测量得到的实际尺寸和相似模拟试验台的尺寸确定试验模型主体(1)的比例尺寸，按照巷道或隧道通过测量得到的各煤岩层的实际厚度依据比例尺寸计算试验模型主体(1)的各煤岩层厚度，并绘制出模型设计图；

S2：将所述试验台底座(11)水平放置，依次对两个所述试验台侧挡板(7)和多个所述试验台后挡板(2)进行安装，安装完成后将一部分所述试验台前挡板(8)通过多个所述挡板固定螺丝(9)由下至上安装在两个所述试验台侧挡板(7)上；

S3：根据相似材料模拟煤岩体强度值计算方法，对试验中所要模拟的主要煤岩层，进行不同材料配比的相似材料强度试验，经反复调整，获得合理配比的各煤岩层的相似材料，将确定及配比完成的相似材料加水混合并搅拌均匀；

S4：按照所述模型设计图在所述试验台后挡板(2)和两个所述试验台侧挡板(7)上定位绘制煤岩层分界线(3)，同时按照所述模型设计图在多个所述试验台后挡板(2)和两个所述试验台侧挡板(7)上绘制用于定位的轮廓线(5)；

S5：按照所述模型设计图在所述试验台后挡板(2)和两个所述试验台侧挡板(7)上粘贴多个定位提示标签(6)，并标注各个煤岩层名称(4)；

S6：依据所述模型设计图将确定及配比完成且加水混合并搅拌均匀的相似材料进行铺设，铺设过程中，依据煤岩层分界线(3)，在每一层煤岩层铺设完毕后用铁块夯实均匀，并且均匀撒一层云母粉，使得模型分层明显，便于试验观察；

S7：当相似材料铺设煤岩层至所述轮廓线(5)时，将进行刷油处理后的所述填充模型(12)放入已铺设完成的多个煤岩层上方并按照多个所述定位提示标签(6)的标记位置放入监测元件，然后继续铺设煤岩层，当铺设的煤岩层即将达到已安装的所述试验台前挡板(8)的高度时，加装下一块所述试验台前挡板(8)，并通过两个所述挡板固定螺丝(9)进行固定，重复铺设煤岩层及加装所述试验台前挡板(8)的步骤，直至所述试验模型主体(1)铺设完成；

S8：所述试验模型主体(1)铺设完成后，待所述试验模型主体(1)静置风干到符合试验要求时，拆除若干所述试验台前挡板(8)；

精准开挖方法：

S9：待所述试验模型主体(1)静置风干到符合试验要求时，抽出预置的所述巷(隧)道模型(12)，所述试验模型主体(1)制作完成。