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原文传递一种基于激光定位的相似材料模型试验开挖与支护结构的安装方法

专利名称：	一种基于激光定位的相似材料模型试验开挖与支护结构的安装方法
摘要：	本发明公开了一种基于激光定位的相似材料模型试验开挖与支护结构的安装方法，包括相似材料模型试验台、相似材料模型试验巷道开挖装置和相似材料模型试验支护结构安装装置三个部分；采用相似材料模型试验台开展相似材料模型试验，完成对相似材料模型的约束与加载；通过激光传感器定位系统及360°灵活移动的钻进系统，进行对相似材料模型巷道开挖位置的精确定位和精准开挖；通过可调式限位器与激光传感器定位系统及安装伞杆，保证支护结构的安装位置准确和实现对支护结构的有效输运。本发明具有简便可行、灵活适用、定位可靠、施工便捷的优点，为相似材料模型试验开挖与支护结构安装提供了一种新方法。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	中国矿业大学
发明人：	孟庆彬;张强;钱唯;陈勇;郝志华;蔚立元;李兵
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-04-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201910079961.9
公开号：	CN109669024A
代理机构：	南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)
代理人：	梁天彦
分类号：	G01N33/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	221008 江苏省徐州市铜山区大学路中国矿业大学科研院
主权项：	1.一种基于激光定位的相似材料模型试验开挖与支护结构的安装方法，其特征在于：包括相似材料模型试验台、相似材料模型试验巷道开挖装置和相似材料模型试验支护结构安装装置三个部分；所述相似材料模型试验台，用于开展相似材料模型试验，完成对相似材料模型的约束与加载；所述相似材料模型试验巷道开挖装置，通过激光传感器定位系统实现对相似材料模型巷道开挖位置的精确定位，并通过可360°圆周和四周灵活移动的钻进系统完成对相似材料模型巷道的低扰动精准开挖；所述相似材料模型试验支护结构安装装置，通过可调式限位器与激光传感器定位系统，保证支护结构的安装位置准确；并通过伞杆运输装置，实现对支护结构的有效输运。 2.根据权利要求1所述的基于激光定位的相似材料模型试验开挖与支护结构的安装方法，其特征在于：所述相似材料模型试验台包括试验台底座(3)、试验台后挡板(1)、试验台前挡板(2)、操作平台滑道(11)和操作平台(10)，试验台底座(3)上设置有试验台底座滑道(4)，试验台后挡板(1)固定在试验台底座(3)上，试验台前挡板(2)安装在试验台底座滑道(4)上，试验台后挡板(1)和试验台前挡板(2)位置正对；所述试验台后挡板(1)中部设置有试验台操作空间(5)，在试验台后挡板(1)上、试验台操作空间(5)的周侧设置有加载液压装置(6)；所述操作平台(10)放置在试验台底座(3)上，位于试验台后挡板(1)和试验台前挡板(2)之间，在操作平台(10)上设置有操作平台滑道(11)，在操作平台滑道(11)上安装有模型托板(9)，模型托板(9)用于放置相似材料模型(8)；通过操作平台(10)的位置调整和模型托板(9)的移动，将相似材料模型(8)推送到试验台操作空间(5)内；所述试验台前挡板(2)中部设置有试验台开挖窗口(7)；通过移动试验台前挡板(2)，使得试验台后挡板(1)和试验台前挡板(2)向贴合，试验台开挖窗口(7)正对相似材料模型(8)的待开挖位置。 3.根据权利要求1所述的基于激光定位的相似材料模型试验开挖与支护结构的安装方法，其特征在于：所述相似材料模型试验巷道开挖装置包括钻孔装置、控制装置和支撑装置；所述钻孔装置包括低速电机(18)、旋转杆(17)、中空钻杆(15)、钻机滑动与连接装置(16)和钻机套筒(14)，钻机滑动与连接装置(16)与钻机套筒(14)固定；低速电机(18)的输出轴与旋转杆(17)的一端连接，旋转杆(17)的另一端通过弹簧卡瓦(34)与中空钻杆(15)的一端连接，弹簧卡瓦(34)安装在钻机滑动与连接装置(16)上，中空钻杆(15)从钻机滑动与连接装置(16)内伸出，置于钻机套筒(14)内；所述控制装置包括数据采集与信号控制系统(23)、电机控制系统(20)和激光传感器(24)，电机控制系统(20)对低速电机(18)进行控制，激光传感器(24)安装在钻机套筒(14)朝向试验台开挖窗口(7)的一端，数据采集与信号控制系统(23)与电机控制系统(20)和激光传感器(24)进行信号连接；所述支撑装置包括操作工具台(12)和三角支架(13)，数据采集与信号控制系统(23)和电机控制系统(20)置于操作工具台(12)上，三角支架(13)用于支撑钻机滑动与连接装置(16)和钻机套筒(14)。 4.根据权利要求1所述的基于激光定位的相似材料模型试验开挖与支护结构的安装方法，其特征在于：所述相似材料模型试验支护结构安装装置包括支护装置、伞杆运输装置、限位装置和支撑装置；所述支护装置包括型钢支架(29)；所述伞杆运输装置包括安装伞杆(28)、伞杆分支(31)和伞杆抓头(30)，伞杆分支(31)设置在安装伞杆(28)的一端，伞杆抓头(30)在运输过程中型钢支架(29)抓紧，在放置型钢支架(29)时松开；所述限位装置包括钻机套筒(14)、可调限位器(26)和激光传感器(24)，可调限位器(26)沿长度方向设置在钻机套筒(14)内，相邻钻机套筒(14)之间采用钢丝绳(27)拉紧连接；激光传感器(24)安装在钻机套筒(14)朝向试验台开挖窗口(7)的一端，数据采集与信号控制系统(23)与激光传感器(24)进行信号连接；所述支撑装置包括操作工具台(12)和三角支架(13)，数据采集与信号控制系统(23)置于操作工具台(12)上，三角支架(13)用于支撑钻机套筒(14)。 5.根据权利要求1所述的基于激光定位的相似材料模型试验开挖与支护结构的安装方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：根据实际工程煤岩体的物理与力学特性参数配制似材料，首先将相似材料按预先设计的分层位置，逐层浇筑压实形成相似材料模型(8)，再采用吊装设备将相似材料模型(8)放置在含模型托板(9)的操作平台(10)上，最后将操作平台(10)通过吊装放置在试验台底座(3)上；步骤二：首先沿着操作平台滑道(11)移动模型托板(9)，将相似材料模型(8)送入到试验台后挡板(1)中的试验台操作空间(5)内，再采用吊装设备移除含模型托板(9)的操作平台(10)；步骤三：首先沿着试验台底座滑道(4)将试验台前挡板(2)移向试验台后挡板(1)，再采用螺栓(25)固定试验台后挡板(1)和试验台前挡板(2)，最后根据工程现场实测的地应力大小和方向，以及相似材料模型(8)试验几何相似比，启动加载液压装置(6)对相似材料模型(8)施加位移约束和应力；步骤四：首先采用吊装设备将操作工具台(12)放置在地面上，钻机套筒(14)通过三角支架(13)进行固定；再在相似材料模型试验巷道开挖前，将钻机套筒(14)移动到试验台前挡板(2)上的试验台开挖窗口(7)中；激光传感器(24)安装在钻机套筒(14)朝向试验台开挖窗口(7)的一端，连接激光传感器(24)和数据采集与信号控制系统(23)的连接线(21)通过钻机套筒(14)上的出线小孔(22)引出；步骤五：首先启动数据采集与信号控制系统(23)对激光传感器(24)发出指令，对巷道发射激光束，进而对巷道的开挖轮廓进行定位，并反馈巷道开挖轮廓的坐标信息；然后通过数据采集与信号控制系统(23)向电机控制系统(20)发布巷道开挖坐标指令，低速电机(18)带动旋转杆(17)转动，旋转杆(17)转动后使弹簧卡瓦(34)带动在钻机套筒(14)内的中空钻杆(15)在钻机滑动与连接装置(16)内沿着钻机移动轨道(35)上进行圆周和四周方向的移动，实现对相似材料模型试验巷道的精准低扰动带压开挖；步骤六：完成对相似材料模型巷道的低扰动精准开挖后，移除相似材料模型试验巷道开挖装置；步骤七：首先采用吊装设备将操作工具台(12)放置在地面上，钻机套筒(14)通过三角支架(13)进行固定，将钻机套筒(14)移动到试验台前挡板(2)上的试验台开挖窗口(7)中；步骤八：首先启动数据采集与信号控制系统(23)对激光传感器(24)发出指令，对巷道发射激光束，进而对巷道的开挖轮廓进行定位，并反馈巷道开挖轮廓的坐标信息；然后调整可调式限位器(26)的限位位置，相邻可调式限位器(26)采用钢丝绳(27)连接起来；最后将伞杆分支(31)端部的伞杆抓头(30)连接到型钢支架(29)上，采用安装伞杆(28)在钻机套筒(14)内将型钢支架(29)输运到相似材料模型试验巷道相应位置上；在型钢支架(29)输运完成后，拉一下开关拉绳(33)将伞杆开合按钮(32)打开，将伞杆分支(31)的伞杆抓头(30)与型钢支架(29)脱离开来。
所属类别：	发明专利