本实用新型专利技术公开了一种用于模拟深部巷道开挖的室内试验装置。它的外框架包括左承载板、右承载板、承载底板，左承载板与右承载板顶部之间连接槽钢顶梁；内框架包括固连于承载底板上的左支挡板和右支挡板，左支挡板和右支挡板的前、后端连接有高强钢化玻璃板，左支挡板和右支挡板的上部之间设有加载板，在加载板与槽钢顶梁之间设有若干垂向加载油缸；内框架空腔内装放有试验材料，试验材料中央预设有巷道开挖单元；巷道开挖单元通过羊角抓钩与轴向开挖油缸连接；轴向开挖油缸安装于油缸固定钢架上；轴向开挖油缸和垂向加载油缸通过液压管与液压源相连。本实用新型专利技术模拟不同断面形状、尺寸的深部巷道自动开挖，操作简单、观测便捷、试验效率高。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于深部矿井巷道工程围岩开挖与支护领域，具体涉及一种用于模拟深部巷道开挖的室内试验装置。
技术介绍
近年来，随着我国浅部矿产资源的逐步减少，矿井的开采深度在不断的增加，国内出现了大批千米级的深部矿井，可以预见，我国将有更多的矿井进入深部或超深部开采。随着采深的增大，矿井巷道围岩所赋存的工程地质条件也愈为复杂，巷道开挖及服务期间的大变形、垮冒、冲击地压、岩爆等问题十分突出，对矿井的正常安全生产产生了巨大的威胁。因此，研究深部矿井巷道围岩在开挖时及开挖后的变形、破坏与稳定性具有重要的现实意义和理论意义。由于深部开采工程地质条件的复杂性、多变性，因而，采用室内物理模拟试验仍然是目前研究深部巷道围岩的变形、破裂演化机理、稳定性等的主要手段之一。然而，针对大型深部巷道，现有的物理模型试验装置存在以下缺点与不足：一是试验装置提供的加载压力偏小，且模型受力为双向状态，无法模拟深部高应力巷道的力学环境；二是巷道开挖需采用专门的开挖钻进系统，使得整个模型试验系统更为复杂；三是扰动影响大，采用小型铲、小型锹手动凿挖或者利用专门的巷道开挖系统掘进都可能对围岩产生过大的扰动影响；四是在三维应力环境下，试验模型表面的变形、位移情况等无法直观观测，不利于试验现象分析及试验数据采集。
技术实现思路
本技术的目的在于针对目前常规巷道模型试验系统存在的以上技术问题，提供一种操作简单、观测便捷、试验效率高，能够模拟不同断面形状、尺寸的深部巷道开挖的室内试验装置。本技术的目的是通过如下的技术方案来实现的：该用于模拟深部巷道开挖的室内试验装置，它包括凹槽形的外框架和套于其内的内框架；所述外框架包括竖立的左承载板、右承载板以及与之底部固连的水平承载底板，左承载板顶部与右承载板顶部之间水平连接有若干根横向的槽钢顶梁；所述内框架包括固连于承载底板上、竖立的左支挡板和右支挡板，左支挡板和右支挡板的前、后端连接有高强钢化玻璃板，左支挡板和右支挡板的上部之间设有水平的加载板，加载板水平高度低于槽钢顶梁的高度，在加载板与槽钢顶梁之间均匀设有若干垂向加载油缸；所述内框架空腔内装放有试验材料，试验材料中央预设有用于模拟巷道的、若干首尾连接的巷道开挖单元；靠近高强钢化玻璃板一侧的巷道开挖单元通过羊角抓钩与轴向开挖油缸连接；轴向开挖油缸安装于油缸固定钢架上，油缸固定钢架固定于外框架一端外，靠近轴向开挖油缸的高强钢化玻璃板上中央开设有一个与巷道开挖单元断面尺寸相同的开挖观测窗；所述轴向开挖油缸一端和垂向加载油缸的一端通过液压管与液压源相连。进一步，所述左承载板与左支挡板之间、右承载板与右支挡板之间均匀设有若干横向钢支撑。具体的，所述巷道开挖单元为一个中空的筒状构件，其一端设有凸起的连接头，另一端设有与连接头嵌合的凹形连接槽，连接头和连接槽嵌合后的上、下对应处设有销钉孔，销钉孔中插入销钉，使各巷道开挖单元首尾连接；靠近连接头一端的巷道开挖单元内壁上焊接有抓杆，作为与轴向开挖油缸连接的羊 角抓钩的着力点。进一步，所述巷道开挖单元的截面或者是圆形，或者是正方形，或者是矩形，或者是直墙半圆拱形。具体的，所述槽钢顶梁与左承载板顶部和右承载板顶部通过螺栓连接。具体的，所述油缸固定钢架包括上、下两根水平横梁和一根垂向直梁，其上部横梁与槽钢顶梁螺栓连接，其下部横梁与承载底板焊接，其垂向直梁固定轴向开挖油缸。具体的，所述高强钢化玻璃板与左支挡板和右支挡板的前、后端螺栓连接。本技术的用于模拟深部巷道开挖的室内试验装置，实现了大型深部矿井巷道高压三维应力地质环境的模拟，解决了常规巷道模型试验装置开挖设备复杂、开挖扰动大等问题。本技术与现有技术相比，具有如下有益效果：(1)本技术通过高压油缸、油源及结构简洁、刚度大的内外框架为巷道模型施加高压边界力，且模型的各个边界面均受到约束，实现了深部巷道高应力三维状态环境的模拟。(2)试验中模拟巷道开挖无需专门的开挖钻进系统，采用设计灵活、体积小巧的分段巷道开挖单元拼接形成模拟巷道，配合轴向开挖油缸，即可便捷地完成深部巷道的自动开挖模拟。(3)常规的人工开挖或专门的巷道开挖系统开挖扰动影响较大，而本技术通过在巷道开挖单元表面涂抹润滑油、粘贴薄膜等减摩措施，控制好开挖速率，可消除开挖施工对围岩的扰动影响。(4)透过高强钢化玻璃板可以清楚、直观地观察到模拟巷道表面岩体的变形、位移情况等，克服了常规模拟试验在三维应力环境下试件表面变化难以 观测的缺点。(5)巷道开挖单元预埋入试件中，其断面形状、尺寸可以根据试验要求的不同进行定制，因而适用不同断面巷道的开挖试验，而且可以模拟深部巷道分步全断面开挖，开挖边界与模型试验设计边界比较符合，增加了巷道模型试验的准确性。(6)本技术提供的试验装置结构合理、操作简单、试验效率高、观察方便、准确性高，较好地实现了高压三维应力环境下深部巷道自动、简单及低扰开挖的模拟。附图说明图1是本技术实施例的立体结构示意图。图2是图1的左视图。图3是图1的主视图。图4是图1中巷道开挖单元的立体结构示意图。图5是图4的左端立体结构视图。图6是本技术的巷道开挖单元断面形状为圆形时的主视图。图7是本技术的巷道开挖单元断面形状为正方形时的主视图。图8是本技术的巷道开挖单元断面形状为直墙半圆拱形时的主视图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术作进一步详细的描述。参见图1至图3，本实施例的室内试验装置，包括凹槽形的外框架和套于其内的内框架。从图中可见，外框架包括竖立的左承载板1、右承载板2，以及与左承载板1底部和右承载板2底部固连的水平承载底板3，左承载板1顶部与右承载板2顶部之间通过螺栓14水平连接有3根横向的槽钢顶梁4。内框 架包括固连于承载底板3上、竖立的左支挡板7和右支挡板8，左支挡板7和右支挡板8的前、后端通过螺栓连接有高强钢化玻璃板10，左支挡板7和右支挡板8的上部之间设有水平的加载板6，加载板6水平高度低于槽钢顶梁4的高度，在加载板6与槽钢顶梁4之间均匀设有6个垂向加载油缸5；垂向加载油缸5为高压油缸，上端固定于槽钢顶梁4底面，下端固定于加载板6顶面。在左承载板1与左支挡板7之间、右承载板2与右支挡板8之间分别均匀设有上、下三排横向钢支撑18。由左支挡板7、右支挡板8、加载板6、高强钢化玻璃板10及承载底板3围合而成的内框架空腔内装放有试验材料即试件9，试验材料中央预设有用于模拟巷道的、若干首尾连接的巷道开挖单元13；垂向加载油缸5可为试件9表面提供10～15MPa的高边界压力。靠近前端高强钢化玻璃板10一侧的巷道开挖单元13通过羊角抓钩12与轴向开挖油缸11连接。轴向开挖油缸11安装于油缸固定钢架15上，从图中可见，油缸固定钢架15包括上、下两根水平横梁和一根垂向直梁，其上部横梁与槽钢顶梁4通过螺栓连接，其下部横梁与承载底板3焊接，其垂向直梁固定轴向开挖油缸11。靠近轴向开挖油缸11的高强钢化玻璃板10上中央开设有一个与巷道开挖单元13断面尺寸相同的开挖观测窗；轴向开挖油缸11一端和垂向加载油缸5的一端通过液压管17与液压源16相连。参见图4至图8，巷道开挖单元13为一个中空的筒状构件131，其右端设有凸起的连接头132，其左端设有与连接头132嵌合的凹形连本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于模拟深部巷道开挖的室内试验装置，其特征在于：它包括凹槽形的外框架和套于其内的内框架；所述外框架包括竖立的左承载板、右承载板以及与之底部固连的水平承载底板，左承载板顶部与右承载板顶部之间水平连接有若干根横向的槽钢顶梁；所述内框架包括固连于承载底板上、竖立的左支挡板和右支挡板，左支挡板和右支挡板的前、后端连接有高强钢化玻璃板，左支挡板和右支挡板的上部之间设有水平的加载板，加载板水平高度低于槽钢顶梁的高度，在加载板与槽钢顶梁之间均匀设有若干垂向加载油缸；所述内框架空腔内装放有试验材料，试验材料中央预设有用于模拟巷道的、若干首尾连接的巷道开挖单元；靠近高强钢化玻璃板一侧的巷道开挖单元通过羊角抓钩与轴向开挖油缸连接；轴向开挖油缸安装于油缸固定钢架上，油缸固定钢架固定于外框架一端外，靠近轴向开挖油缸的高强钢化玻璃板上中央开设有一个与巷道开挖单元断面尺寸相同的开挖观测窗；所述轴向开挖油缸一端和垂向加载油缸的一端通过液压管与液压源相连。
【技术特征摘要】
1.一种用于模拟深部巷道开挖的室内试验装置，其特征在于：它包括凹槽形的外框架和套于其内的内框架；所述外框架包括竖立的左承载板、右承载板以及与之底部固连的水平承载底板，左承载板顶部与右承载板顶部之间水平连接有若干根横向的槽钢顶梁；所述内框架包括固连于承载底板上、竖立的左支挡板和右支挡板，左支挡板和右支挡板的前、后端连接有高强钢化玻璃板，左支挡板和右支挡板的上部之间设有水平的加载板，加载板水平高度低于槽钢顶梁的高度，在加载板与槽钢顶梁之间均匀设有若干垂向加载油缸；所述内框架空腔内装放有试验材料，试验材料中央预设有用于模拟巷道的、若干首尾连接的巷道开挖单元；靠近高强钢化玻璃板一侧的巷道开挖单元通过羊角抓钩与轴向开挖油缸连接；轴向开挖油缸安装于油缸固定钢架上，油缸固定钢架固定于外框架一端外，靠近轴向开挖油缸的高强钢化玻璃板上中央开设有一个与巷道开挖单元断面尺寸相同的开挖观测窗；所述轴向开挖油缸一端和垂向加载油缸的一端通过液压管与液压源相连。2.根据权利要求1所述用于模拟深部巷道开挖的室内试验装置，其特征在于：所述左承载板与左支挡板之间、右承载板与右支挡板之间均匀设有...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁越，李博文，王卫军，朱永建，余伟健，刘迅，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：新型
国别省市：湖南;43
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