一种膨胀软岩巷道围岩损伤相似模拟试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于隧道工程、地下工程、采矿工程围岩控制技术领域，具体涉及一种 膨胀软岩巷道围岩损伤相似模拟试验装置及试验方法。
【背景技术】
[0002] 随着煤炭开采程度加剧，东部资源日渐枯竭，中部受资源与环境约束的矛盾日益 加剧，资源开发加速向西部转移。西部资源丰富，开发潜力大，预计到2015年底，西部地区 煤炭产量将达到20. 9亿吨，将占全国煤炭产量的53%，西部地区矿井持续健康发展对保障 国家能源安全具有重要作用。
[0003] 巷道控制问题一直是困扰我国煤矿安全高效开采的关键问题之一。长期以来，巷 道支护理论和技术作为采矿工程领域的研究重点，已对多种复杂条件巷道围岩变形机理及 控制技术进行了系列研究，取得了丰硕成果，包括破碎围岩巷道支护技术、大断面巷道支护 技术、深井高应力软岩巷道支护技术、沿空巷道支护技术等，获得了多种组合支护方式，如 锚网喷+锚索+架棚+注浆联合支护方式，有效解决了大量复杂条件巷道支护难题。
[0004] 内蒙古自治区是西部主要产煤省份之一，其蒙东褐煤主产区遭遇膨胀软岩巷道支 护难题，该类巷道变形呈现持续的非线性大变形特征，现已尝试采用锚网喷+U36型钢联合 支护、锚网喷+12#矿用工字钢对棚联合支护，均未取得预期效果。在内蒙古自治区上海庙 矿区，以及陕西、甘肃、宁夏、新疆境内亦存在严重的膨胀软岩巷道支护难题，该难题已成为 当前煤矿安全生产面临的重要课题。
[0005] 膨胀软岩中含有较高比例的膨胀性粘土矿物，岩层胶结程度差，属于力学强度较 低的极软岩层，现有支护方式以及相关支护方式的组合根本无法取得预期效果。在该特殊 地质条件下，大部分巷道陷入前掘后修的困境，这大大增加预算投资，同时严重威胁矿井安 全生产。
[0006] 膨胀软岩巷道支护问题已成为制约煤炭企业发展，甚至制约西部煤炭新区顺利建 设的一大瓶颈。突破该瓶颈，研究膨胀软岩巷道围岩损伤演化机理，对保证该特殊条件矿井 安全生产具有重要意义，同时将为我国煤炭企业持续健康发展提供有力保障。
【发明内容】
[0007] 本实用新型的目的是为了克服现有膨胀软岩损伤演化相似模拟研究中试验装置 的缺陷，提供了一种膨胀软岩巷道围岩损伤相似模拟试验装置及试验方法，所述装置具有 简单便捷、操作方便、围岩膨胀条件与现场一致、围岩膨胀过程形象再现、围岩膨胀压力精 确测定等优点。
[0008] 为实现上述实用新型目的，本实用新型采用下述技术方案予以实现：
[0009] -种膨胀软岩巷道围岩损伤相似模拟试验装置，所述装置包括基本框架结构、模 型巷道、连接螺栓；所述基本框架结构包括上侧框架、下侧框架、左侧框架、右侧框架、前侧 框架和后侧框架；所述6侧框架的每侧框架均由厚板和薄板两块有机玻璃板组成；所述厚 板厚度为20~30mm，所述厚板位于框架外侧；所述薄板厚度为10~20mm，薄板位于框架内 侧。
[0010] 与现有相似模拟试验装置相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型所 述装置可以有效克服现有装置对围岩膨胀变形条件难以精确控制，以及对围岩膨胀变形中 的膨胀压力难以精确测定等缺陷，该装置密封性好，可以有效隔绝空气，最大限度降低外部 条件对围岩膨胀变形的影响。试验过程中可以根据围岩重量，定时、定量、均匀对围岩加水， 从而进行不同含水率下围岩膨胀损伤演化试验。试验过程中传感器与装置表面接触好，可 以有效提高压力测试精度。结合模型巷道具体形状及尺寸，可以实现巷道开挖精确控制。该 围岩损伤相似模拟试验装置将为膨胀软岩巷道围岩损伤机理研究提供新的思路和方法。
[0011] 结合附图阅读本实用新型的【具体实施方式】后，本实用新型的其他特点和优点将变 得更加清楚。
【附图说明】
[0012] 图1为本实用新型所述膨胀软岩巷道围岩损伤相似模拟试验装置三向视图。
[0013] 图2为本实用新型所述膨胀软岩巷道围岩损伤相似模拟试验装置左右两侧框架 示意图。其中（a)为左侧框架图，（b)为右侧框架图。
[0014] 图3为本实用新型所述膨胀软岩巷道围岩损伤相似模拟试验装置左右框架两板 结构示意图。其中（a)为厚板结构图，（b)为薄板结构图。
[0015] 图4为本实用新型所述膨胀软岩巷道围岩损伤相似模拟试验装置前后两侧框架 示意图。其中（a)为后侧框架图，（b)为前侧框架图。
[0016] 图5为本实用新型所述膨胀软岩巷道围岩损伤相似模拟试验装置前后框架两板 结构示意图。其中（a)为厚板结构图，（b)为薄板结构图。
[0017] 图6为本实用新型所述膨胀软岩巷道围岩损伤相似模拟试验装置下侧框架示意 图。
[0018] 图7为本实用新型所述膨胀软岩巷道围岩损伤相似模拟试验装置下侧框架两板 结构示意图。其中（a)为厚板结构图，（b)为薄板结构图。
[0019] 图8为本实用新型所述膨胀软岩巷道围岩损伤相似模拟试验装置上侧框架示意 图。
[0020] 图9为本实用新型所述膨胀软岩巷道围岩损伤相似模拟试验装置上侧框架两板 结构示意图。其中（a)为厚板结构图，（b)为薄板结构图。
[0021] 图10为本实用新型所述膨胀软岩巷道围岩损伤相似模拟试验装置模型巷道示意 图。
[0022] 图中，1、上侧框架厚板；2、上侧框架薄板；3、左侧框架厚板；4、左侧框架薄板；5、 下侧框架厚板；6、下侧框架薄板；7、右侧框架厚板；8、右侧框架薄板；9、后侧框架厚板；10、 后侧框架薄板；11、前侧框架厚板；12、前侧框架薄板；13、压力传感器安装槽；14、预加水 孔；15、螺孔；16、连接螺栓；17、上侧凹槽；18、下侧凹槽；19、左侧凹槽；20、右侧凹槽；21、 矩形开挖口； 22、模型巷道。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型的技术方案作进一步详细的说明。
[0024] 实施例1
[0025] 如图1所示，本实用新型所述膨胀软岩巷道围岩损伤相似模拟试验装置包括基本 框架结构、连接螺栓16和模型巷道22三部分。
[0026] 如图1所示，基本框架结构包括上侧框架、下侧框架、左侧框架、右侧框架、前侧框 架和后侧框架，所述6侧框架的每侧框架均由厚板和薄板两块有机玻璃板组成；具体为上 侧框架的厚板1和薄板2、下侧框架的厚板5和薄板6、左侧框架的厚板3和薄板4、右侧框 架的厚板7和薄板8、前侧框架的厚板11和薄板12、后侧框架的厚板9和薄板10。所述厚 板和薄板在其中央位置、以及中央位置向上、下、左、右四个方向每隔200~300mm加工有压 力传感器安装槽13,压力传感器安装槽13凹向厚板和薄板。
[0027] 如图2所示，基本框架结构的左侧框架的厚板3和右侧框架的厚板7长度、宽度尺 寸均一致，左侧框架的薄板4和右侧框架的薄板8长度、宽度尺寸一致。
[0028] 如图3所示，基本框架结构的左右两侧框架的厚板3和厚板7的边缘分别加工有 上侧凹槽17、下侧凹槽18、左侧凹槽19、右侧凹槽20。在所述厚板3、7和薄板4、8的四角 位置分别加工有四个螺孔15。
[0029] 如图4所示，基本框架结构的前侧框架的厚板11、后侧框架的厚板9、前侧框架的 薄板12和后侧框架的薄板10长度、宽度尺寸一致。
[0030] 如图5所示，基本框架结构的前后两侧框架的厚板11、9和薄板12、10的中间位置 加工有矩形开挖口 21