【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种地下硬岩爆破相似模型试验技术，具体地说是一种急倾斜薄矿脉深孔爆破相似模拟试验装置及模拟试验方法。
技术介绍
1、一些稀有贵重金属资源，如钨、锡、黄金等，往往赋存于急倾斜薄矿脉当中。为安全高效开采这类矿产资源，常采用中深孔爆破工艺，对资源进行破碎回采。然而，由于矿脉狭窄，爆破夹制作用大，导致爆轰波对采场围岩扰动作用强。因此，急倾斜薄矿脉硬岩爆破扰动和围岩损伤是本领域重点关注和长期研究的难题。
2、其中，相似模型试验是准确解决岩土工程问题的有效思路和可靠手段。然而，在相似模型试验中急倾斜岩层铺设和炮孔预留困难、尺寸精度低，爆破相似模拟难度高，并且在实际操作中，模型的制作和试验过程往往需要大量的经济投入和时间消耗，试验成本较高。因此，开发出一种能够快速铺设的急倾斜薄矿脉深孔爆破相似模拟试验装置和准确模拟的深孔爆破相似模型模拟试验方法具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是提供一种急倾斜薄矿脉深孔爆破相似模拟试验装置及模拟试验方法，以解决现有相似模型试验中急倾斜岩层铺设和炮孔预留困难、尺寸精度低以及爆破相似模拟难度高的问题。
2、本专利技术是这样实现的：一种急倾斜薄矿脉深孔爆破相似模拟试验装置，包括外框架、加压装置、承压板、监测采集设备、矿体铺设辅助装置，所述外框架为矩形结构，在所述外框架内部的上方以及左、右两侧都设置有承压板，由加压装置驱动承压板移动，在所述外框架的前后两侧分别设置有若干个可拆卸挡板，所述监测采集设备用于记录相似模型
3、进一步地，还包括炮孔预留辅助装置，所述炮孔预留辅助装置包括弧形定位板、炮孔模具、连接条以及限位板，所述弧形定位板为半圆形结构，沿所述弧形定位板的边缘开设有若干定位槽，连接条与弧形定位板连接，所述炮孔模具的下端通过连接件与连接条形成可旋转连接，所述连接件位于所述弧形定位板的圆心位置。
4、进一步地，所述监测采集设备包括静态应变测试仪、动态信号采集分析仪、动态采集应变砖、静态采集应变砖、土压力盒、加速度传感器以及dic设备，所述dic设备包括高清相机、相机支架以及补光灯。
5、进一步地，所述加压装置包括若干个液压千斤顶，每个液压千斤顶连接有一个液压泵，在所述液压泵上设置有显示压力大小的压力表，在所述外框架内部的上方以及左右两侧都分别设置有至少两个液压千斤顶，所述承压板与液压千斤顶的端部连接。
6、进一步地，所述角度调节机构包括固定条，在所述成型板的端部边缘设置有若干固定柱，所述固定条的两端分别与两个成型板上的一个固定柱连接。
7、一种急倾斜薄矿脉深孔爆破相似模拟实验方法，基于急倾斜薄矿脉深孔爆破相似模拟试验装置实现，包括以下步骤。
8、a.按需配置两种不同力学特性的砂浆料，一种用于模拟矿体，另一种用于模拟围岩。
9、b.在左右两个承压板之间自下而上逐层铺设砂浆料，得到相似模型；在铺设一层砂浆料前，在外框架的前后两侧分别安装对应高度的可拆卸挡板，对于每一层以先铺下盘围岩，再铺矿体，最后铺上盘围岩的顺序进行铺设，利用矿体铺设辅助装置控制矿体的倾斜角度；在砂浆料铺设至预采区域时，根据矿山爆破参数设计，进行炮孔预留和埋铺。
10、c.在相似模型铺设过程中，根据预先设计的测点布置方案在指定位置预埋加速传感器、土压力盒、动态采集及静态采集应变砖。
11、d.相似模型铺设完成后进行养护，相似模型养护完成后，通过加压装置向相似模型施加适当围压以模拟地应力。
12、e.在相似模型表面制备散斑图案。
13、f.将土压力盒、静态采集应变砖与静态应变测试仪连接，将加速度传感器、动态采集应变砖与动态信号采集分析仪连接，用于记录相似模型试验过程中的应力、变形和振动加速度数据，在相似模型具有散斑图案的一侧设置dic设备，用于记录相似模型试验过程中的表面变形场。
14、g.自相似模型有散斑图像一侧由外向里逐段爆破，向炮孔中填塞爆破源并起爆，模拟爆破开挖过程每进行一次爆破打开所有监测采集设备记录数据。
15、h.对记录的应力、应变、振动加速度和表面变形场进行分析，评估爆破振动下急倾斜顶板力学特性，研究不同爆破扰动对地下采场稳定性的影响。
16、进一步地，在铺设下盘围岩时，根据矿体实际赋存形态调整矿体铺设辅助装置上两个成型板之间的夹角后，在下盘围岩与矿体分界处安装矿体铺设辅助装置，并在预留出的空间内铺设下盘围岩；待下盘围岩铺设完毕后，移动矿体铺设辅助装置直至预留出矿体铺设空间，再次根据矿体实际赋存形态调整矿体铺设辅助装置上两个成型板之间的夹角，在下盘围岩和矿体铺设辅助装置之间预留的空间内铺设矿体；待矿体铺设完毕后，取出矿体铺设辅助装置，并在所在层剩余空间内铺设上盘围岩。
17、进一步地，在铺设至预采区域时，在预采区域矿体下部开挖凿岩巷道，在预留出的矿体铺设空间内放置炮孔预留辅助装置，调节炮孔模具的角度，然后进行矿体的铺设；在进行下一层的铺设时，首先拆除炮孔模具，将炮孔模具与炮孔预留辅助装置的其余部分拆分，炮孔模具向上沿自身轴向抽出，炮孔预留辅助装置的其余部分通过底部凿岩巷道取出，完成下盘围岩的铺设后，重新安装炮孔模具，进行矿体和上盘围岩的铺设，然后拆除炮孔预留辅助装置，形成炮孔。
18、进一步地，沿矿体走向在矿体内部逐层预埋外壁涂有脱模剂的炮孔预留辅助装置，炮孔预留辅助装置埋设方向与矿体走向垂直。
19、本专利技术利用矿体铺设辅助装置能够快速进行急倾斜薄矿脉深孔爆破相似模型的铺设且能够有效保证铺设的尺寸精度，降低了模型的制作和试验过程中的经济投入和时间消耗，降低了试验成本和难度，且能够保证实验的准确度。
20、本专利技术能快速准确制备急倾斜矿体模型，及有效模拟急倾斜薄矿脉的爆破过程，为地下硬岩爆破研究提供科学手段，具有重要的实际应用价值。
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1.一种急倾斜薄矿脉深孔爆破相似模拟试验装置，其特征在于，包括外框架、加压装置、承压板、监测采集设备、矿体铺设辅助装置，所述外框架为矩形结构，在所述外框架内部的上方以及左、右两侧都设置有承压板，由加压装置驱动承压板移动，在所述外框架的前后两侧分别设置有若干个可拆卸挡板，所述监测采集设备用于记录相似模型试验过程的数据，所述矿体铺设辅助装置用于急倾斜薄矿脉矿体铺设，所述矿体铺设辅助装置包括两个相互铰接的成型板，所述成型板的形状为长方体，所述成型板的长度与所述外框架的厚度一致，在两个所述成型板之间设置有角度调节机构用于控制两个成型板之间的角度。
2.根据权利要求1所述的急倾斜薄矿脉深孔爆破相似模拟试验装置，其特征在于，还包括炮孔预留辅助装置，所述炮孔预留辅助装置包括弧形定位板、炮孔模具、连接条以及限位板，所述弧形定位板为半圆形结构，沿所述弧形定位板的边缘开设有若干定位槽，连接条与弧形定位板连接，所述炮孔模具的下端通过连接件与连接条形成可旋转连接，所述连接件位于所述弧形定位板的圆心位置。
3.根据权利要求1所述的急倾斜薄矿脉深孔爆破相似模拟试验装置，其特征在于，所
4.根据权利要求1所述的急倾斜薄矿脉深孔爆破相似模拟试验装置，其特征在于，所述加压装置包括若干个液压千斤顶，每个液压千斤顶连接有一个液压泵，在所述液压泵上设置有显示压力大小的压力表，在所述外框架内部的上方以及左右两侧都分别设置有至少两个液压千斤顶，所述承压板与液压千斤顶的端部连接。
5.根据权利要求1所述的急倾斜薄矿脉深孔爆破相似模拟试验装置，其特征在于，所述角度调节机构包括固定条，在所述成型板的端部边缘设置有若干固定柱，所述固定条的两端分别与两个成型板上的一个固定柱连接。
6.一种急倾斜薄矿脉深孔爆破相似模拟实验方法，其特征在于，基于权利要求1~5中任意一项所述的急倾斜薄矿脉深孔爆破相似模拟试验装置实现，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的急倾斜薄矿脉深孔爆破相似模拟实验方法，其特征在于，在铺设下盘围岩时，根据矿体实际赋存形态调整矿体铺设辅助装置上两个成型板之间的夹角后，在下盘围岩与矿体分界处安装矿体铺设辅助装置，并在预留出的空间内铺设下盘围岩；待下盘围岩铺设完毕后，移动矿体铺设辅助装置直至预留出矿体铺设空间，再次根据矿体实际赋存形态调整矿体铺设辅助装置上两个成型板之间的夹角，在下盘围岩和矿体铺设辅助装置之间预留的空间内铺设矿体；待矿体铺设完毕后，取出矿体铺设辅助装置，并在所在层剩余空间内铺设上盘围岩。
8.根据权利要求7所述的急倾斜薄矿脉深孔爆破相似模拟实验方法，其特征在于，在铺设至预采区域时，在预采区域矿体下部开挖凿岩巷道，在预留出的矿体铺设空间内放置炮孔预留辅助装置，调节炮孔模具的角度，然后进行矿体的铺设；在进行下一层的铺设时，首先拆除炮孔模具，将炮孔模具与炮孔预留辅助装置的其余部分拆分，炮孔模具向上沿自身轴向抽出，炮孔预留辅助装置的其余部分通过底部凿岩巷道取出，完成下盘围岩的铺设后，重新安装炮孔模具，进行矿体和上盘围岩的铺设，然后拆除炮孔预留辅助装置，形成炮孔。
9.根据权利要求7所述的急倾斜薄矿脉深孔爆破相似模拟实验方法，其特征在于，沿矿体走向在矿体内部逐层预埋外壁涂有脱模剂的炮孔预留辅助装置，炮孔预留辅助装置埋设方向与矿体走向垂直。
...【技术特征摘要】
1.一种急倾斜薄矿脉深孔爆破相似模拟试验装置，其特征在于，包括外框架、加压装置、承压板、监测采集设备、矿体铺设辅助装置，所述外框架为矩形结构，在所述外框架内部的上方以及左、右两侧都设置有承压板，由加压装置驱动承压板移动，在所述外框架的前后两侧分别设置有若干个可拆卸挡板，所述监测采集设备用于记录相似模型试验过程的数据，所述矿体铺设辅助装置用于急倾斜薄矿脉矿体铺设，所述矿体铺设辅助装置包括两个相互铰接的成型板，所述成型板的形状为长方体，所述成型板的长度与所述外框架的厚度一致，在两个所述成型板之间设置有角度调节机构用于控制两个成型板之间的角度。
2.根据权利要求1所述的急倾斜薄矿脉深孔爆破相似模拟试验装置，其特征在于，还包括炮孔预留辅助装置，所述炮孔预留辅助装置包括弧形定位板、炮孔模具、连接条以及限位板，所述弧形定位板为半圆形结构，沿所述弧形定位板的边缘开设有若干定位槽，连接条与弧形定位板连接，所述炮孔模具的下端通过连接件与连接条形成可旋转连接，所述连接件位于所述弧形定位板的圆心位置。
3.根据权利要求1所述的急倾斜薄矿脉深孔爆破相似模拟试验装置，其特征在于，所述监测采集设备包括静态应变测试仪、动态信号采集分析仪、动态采集应变砖、静态采集应变砖、土压力盒、加速度传感器以及dic设备，所述dic设备包括高清相机、相机支架以及补光灯。
4.根据权利要求1所述的急倾斜薄矿脉深孔爆破相似模拟试验装置，其特征在于，所述加压装置包括若干个液压千斤顶，每个液压千斤顶连接有一个液压泵，在所述液压泵上设置有显示压力大小的压力表，在所述外框架内部的上方以及左右两侧都分别设置有至少两个液压千斤顶，所述承压板与液压千斤顶的端部连接。
5.根据权利要求1所述的急倾斜薄矿脉深孔...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙刚友，杨江坤，谢国森，于宝民，张德全，任赛，年洋洋，
申请(专利权)人：中核第四研究设计工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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