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原文传递模拟深部高温高湿环境的巷道围岩稳定性试验装置及方法

专利名称：	模拟深部高温高湿环境的巷道围岩稳定性试验装置及方法
摘要：	本发明提供了一种模拟深部高温高湿环境的巷道围岩稳定性试验装置及方法，涉及岩石力学技术领域，包括试验箱、挡板、压板、滑轨、压头、环境模拟系统、监测系统和液压系统；试验台底座上放置有试验箱体，试验台的横梁和纵梁垂直布置，横梁和纵梁上设置有压头，实验体铺设在试验箱中；压头包括上压头、左压头、右压头、前压头和后压头，压头沿滑轨移动，压头作用在压板上，挡板设置在试验箱的外侧约束压板；监测系统包括温度监测仪、湿度测量仪、压力传感器、位移传感器和声发射监测仪，液压系统控制压头加压；以及利用该装置进行巷道稳定性模拟试验的方法，实现了对温度和湿度对巷道稳定性的影响模拟试验，还具有操作简便，模拟范围广等优点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	山东科技大学
发明人：	赵增辉;高晓杰;马庆;张明忠;孙伟;陈绍杰;王清标
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-14T00:00:00+0800
申请号：	CN201910070977.3
公开号：	CN109752259A
代理机构：	青岛智地领创专利代理有限公司
代理人：	张凯
分类号：	G01N3/18(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	266590 山东省青岛市黄岛区经济技术开发区前湾港路579号
主权项：	1.一种模拟深部高温高湿环境的巷道围岩稳定性试验装置，其特征在于，包括试验箱、滑轨、压头、环境模拟系统、监测系统和液压系统；所述试验箱放置在试验台底座上，试验台的横梁和纵梁垂直布置，横梁和纵梁上设置有压头，实验体放置在试验箱中；所述试验箱包括挡板和压板，所述挡板包括前挡板、后挡板、左挡板和右挡板，所述压板包括上压板、前压板、后压板、左压板和右压板，所述压头包括上压头、左压头、右压头、前压头和后压头；所述压头沿横梁和纵梁上设置的滑轨移动，所述压头穿过挡板，压头压设在压板上；所述挡板固定在实验体的侧面；所述监测系统包括温度监测仪、湿度测量仪、压力传感器、位移传感器和声发射监测仪；所述环境模拟系统包括水雾发生器和温控器；所述液压系统控制压头加压。 2.根据权利要求1所述的一种模拟深部高温高湿环境的巷道围岩稳定性试验装置，其特征在于，所述实验体包括顶板层、底板层、均压水囊、煤层和巷道水囊，实验体的上方设置有上压板；所述上压板下方布置有均压水囊，均压水囊下方布置有顶板层，顶板层下方布置有煤层和巷道水囊，煤层下方布置有底板层；所述巷道水囊设置在煤层之间。 3.根据权利要求1所述的一种模拟深部高温高湿环境的巷道围岩稳定性试验装置，其特征在于，所述横梁和纵梁之间通过导轨连接，所述前挡板和后挡板之间通过螺栓连接有左挡板和右挡板；所述后压板上设置有导水孔、数据线孔和水汽孔。 4.根据权利要求1所述的一种模拟深部高温高湿环境的巷道围岩稳定性试验装置，其特征在于，所述左压板和右压板随压头左右移动，所述前压板和后压板随压头前后移动，所述上压板随上压头移动；所述上压头沿横梁上设置的滑轨移动。 5.根据权利要求4所述的一种模拟深部高温高湿环境的巷道围岩稳定性试验装置，其特征在于，所述压板之间留设有4～7mm的缝隙；所述左挡板和右挡板焊接固定在试验箱的底座上，左挡板和右挡板的侧面设置有安装孔，所述前挡板和后挡板的左右两边上设置有安装孔。 6.根据权利要求4所述的一种模拟深部高温高湿环境的巷道围岩稳定性试验装置，其特征在于，所述挡板和压板使用钢材制作而成，所述前压板和后压板上覆盖有保温保湿层，所述均压水囊上设置有压力表。 7.一种模拟深部高温高湿环境的巷道围岩稳定性的试验方法，利用权利要求1至6任一项所述的一种模拟深部高温高湿环境的巷道围岩稳定性试验装置，其特征在于，步骤包括： A.组装固定试验箱和试验台底座，安装左压板和右压板，并调节压头位置； B.根据矿井煤层条件和试验箱尺寸确定顶板层、底板层和煤层，以及巷道水囊的尺寸； C.制备顶板层、底板层和煤层的模拟试件，包括测量模拟试件尺寸和试件表面磨平； D.在试验箱的底座上先铺设底板层；再铺设煤层和巷道水囊，巷道水囊注水至保持模拟巷道形状并承压；在煤层和顶板层之间设置应变片，在巷道水囊下方设置温度监测仪和湿度测量仪，然后在煤层上方铺设顶板层；最后在顶板层上方铺设均压水囊并充水； E.在均压水囊上方设置上压板，模拟巷道内布置声发射探头； F.安装前压板和后压板，将巷道水囊和均压水囊的导水管穿过后压板上的导水孔，监测系统的数据线穿过后压板上的数据线孔，与水雾发生器相连的水汽导管穿过后压板上的水汽孔，然后安装固定前挡板和后挡板； G.根据埋深和侧压系数计算确定压头需要施加的压力，通过液压系统加压； H.通过巷道水囊的导水管给巷道水囊放水模拟开挖，期间通过环境模拟系统调节模拟巷道内的温度和湿度，记录模拟巷道围岩的应力和应变监测数据，声发射监测仪记录发射振铃数、能量变化和到达时间，确定巷道围岩破坏位置。 8.根据权利要求7所述的一种模拟深部高温环境下的巷道围岩稳定性的试验方法，其特征在于，所述煤层、顶板层和底板层利用岩石试件制作而成；所述巷道水囊和煤层的高度根据实际煤层的高度确定，巷道水囊的宽度根据实际巷道尺寸确定。 9.根据权利要求7所述的一种模拟深部高温环境下的巷道围岩稳定性的试验方法，其特征在于，所述步骤G中压头需要施加的压力根据矿井实际地质条件计算，所述上压头需要提供压力的计算包括，计算上覆岩层压强P＝ρgh，其中ρ为上覆岩层的平均密度，g为重力加速度，h为埋深；上压头提供的力F上＝P×S上，其中S上为顶板上表面的面积；所述前压头、后压头、左压头和右压头需要提供压力的计算包括，计算测压系数λ的取值范围其中左压头压力F左和右压头压力F右，F左＝F右＝P×S侧×λ，其中S侧为实验体左侧或右侧的侧面积；所述前压头和后压头需要提供压力的计算具体为F前＝F后＝P×S前×λ，其中S前为实验体前面或后面的表面面积。
所属类别：	发明专利