【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及礦山巖體動力災(zāi)害控制，尤其是涉及一種模擬斷層帶注漿控制巷道斷裂型巖爆的試驗系統(tǒng)及方法。
技術(shù)介紹
1、巖爆的發(fā)生與地質(zhì)構(gòu)造條件關(guān)系較為密切，在褶曲軸部、斷裂帶附近以及巖層產(chǎn)狀突變處，由于地應(yīng)力集中或殘存著較大的構(gòu)造應(yīng)力，是巖爆發(fā)生的密集地帶。在深部地下工程實踐中，通常將與斷裂構(gòu)造相關(guān)的一些強(qiáng)烈微震和深部巖爆統(tǒng)稱為斷裂型巖爆。
2、深埋硬巖礦山井巷開挖掘進(jìn)時，卸荷致使圍巖極高儲能快速釋放、誘發(fā)完整硬巖或斷層瞬間動態(tài)斷裂滑移與地震動波輻射，從而易誘發(fā)巷道斷裂型巖爆災(zāi)害。斷裂型巖爆主要發(fā)生在巖石結(jié)構(gòu)完整，并伴有貫穿性結(jié)構(gòu)面或斷層的巖體中，巖體的應(yīng)力主要集中在貫穿性結(jié)構(gòu)面附近，巖體內(nèi)的最大主應(yīng)力往往大于或接近巖石單軸抗壓強(qiáng)度，主要表現(xiàn)形式為突發(fā)性的震動，并伴有強(qiáng)烈的響聲，在有相交結(jié)構(gòu)面的圍巖中往往還因巖爆震動引起大規(guī)模的坍塌，破壞性較大。由于淺表與深部巖體賦存的地質(zhì)環(huán)境存在明顯迥異，前者長期處于一種低圍壓、低地溫狀態(tài)，而后者長期處于一種高圍壓、高地溫狀態(tài)。工程實踐證明，深部礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中，當(dāng)深埋井巷開挖遇到某些斷裂附近時往往會誘發(fā)劇烈的巖爆破壞。對于與斷裂(地質(zhì)間斷面)活動有關(guān)的巖爆作用，往往不易認(rèn)定其直接原因。雖然巖爆也是開挖活動觸發(fā)的，但在時間上往往與掌子面的推進(jìn)不存在確定的關(guān)系，其一般發(fā)生在地質(zhì)間斷面(構(gòu)造破碎帶或斷層帶)的附近，往往反映了整個影響區(qū)域范圍內(nèi)的應(yīng)力變化，具有區(qū)域性。為此，對于斷裂型巖爆發(fā)生機(jī)理及控制技術(shù)的理論研究迫在眉睫。
3、現(xiàn)有技術(shù)中通過模擬試驗的方式進(jìn)行獲取注漿作業(yè)參
4、(1)沒有涉及開挖擾動對斷層活化的可視化描述，未考慮開挖速率對斷層活化程度的影響。
5、(2)僅僅是獲取注漿過程中進(jìn)行ct圖像采集，并未考慮動態(tài)開挖掘進(jìn)過程的影響。
6、(3)采用單一的軸向加載，無法真實模擬高圍壓和高地溫的狀態(tài)，影響模擬試驗的結(jié)果可靠性。
7、(4)現(xiàn)有的注漿管采用單一的注漿管，但實際巷道注漿過程一般采用多個注漿管進(jìn)行注漿，無法模擬真實的注漿過程。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是提供一種模擬斷層帶注漿控制巷道斷裂型巖爆的試驗系統(tǒng)及方法，解決上述技術(shù)問題。
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了一種模擬斷層帶注漿控制巷道斷裂型巖爆的試驗系統(tǒng)，包括帶有轉(zhuǎn)臺的ct掃描裝置和控制裝置，ct掃描裝置與控制裝置電連接，還包括掘進(jìn)注漿裝置，掘進(jìn)注漿裝置與轉(zhuǎn)臺上固定的模型箱相對設(shè)置；
3、模型箱內(nèi)設(shè)置有圍壓裝置，圍壓裝置內(nèi)設(shè)置有物理模型，物理模型中設(shè)置有監(jiān)測裝置；
4、掘進(jìn)注漿裝置包括支架，支架上設(shè)置有十字滑臺，十字滑臺的安裝板上并列設(shè)置有掘進(jìn)機(jī)構(gòu)和注漿機(jī)構(gòu)，注漿機(jī)構(gòu)的頂部設(shè)置有分散式注漿組件；
5、圍壓裝置、監(jiān)測裝置、十字滑臺、掘進(jìn)機(jī)構(gòu)和注漿機(jī)構(gòu)均與控制裝置電連接。
6、優(yōu)選的，模型箱的前側(cè)面開設(shè)有操作通孔；
7、圍壓裝置包括前后側(cè)施壓機(jī)構(gòu)、左右側(cè)施壓機(jī)構(gòu)以及頂部施壓機(jī)構(gòu)；
8、前后側(cè)施壓機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在物理模型前側(cè)的前液壓枕，物理模型的前后側(cè)分別設(shè)置有前承壓板和后承壓板，前承壓板設(shè)置在物理模型與前液壓枕之間；
9、左右側(cè)施壓機(jī)構(gòu)包括第一側(cè)液壓枕和第二側(cè)液壓枕，第一側(cè)液壓枕和第二側(cè)液壓枕并列設(shè)置在物理模型的一側(cè)，物理模型的另一側(cè)設(shè)置有滾板，滾板與物理模型之間設(shè)置有側(cè)墊板，第一側(cè)液壓枕和第二側(cè)液壓枕與物理模型之間設(shè)置有側(cè)墊板；
10、頂部施壓機(jī)構(gòu)包括第一頂部液壓枕和第二頂部液壓枕，第一頂部液壓枕和第二頂部液壓枕并列設(shè)置且設(shè)置在模型箱的頂部，第一頂部液壓枕和第二頂部液壓枕分別與兩個上承壓板相對設(shè)置，物理模型底部設(shè)置有下承壓板，下承壓板連接有減震底座，減震底座上設(shè)置有若干減震彈簧；
11、前液壓枕、第一側(cè)液壓枕、第二側(cè)液壓枕、第一頂部液壓枕和第二頂部液壓枕均與液壓油源相連接，液壓油源與控制裝置電連接。
12、優(yōu)選的，前承壓板、后承壓板、側(cè)墊板、下承壓板以及上承壓板內(nèi)均嵌設(shè)有電加熱絲，前承壓板、后承壓板、側(cè)墊板、下承壓板以及上承壓板的外側(cè)均設(shè)置有隔熱層。
13、優(yōu)選的，監(jiān)測裝置包括上下設(shè)置的至少三個光纖傳感器組件，光纖傳感器組件包括至少一排的光纖傳感器，光纖傳感器與控制裝置電連接。
14、優(yōu)選的，掘進(jìn)機(jī)構(gòu)包括鉆桿，鉆桿與固定在安裝板上的掘進(jìn)驅(qū)動電機(jī)相連接。
15、優(yōu)選的，注漿機(jī)構(gòu)包括漿料桶，漿料桶與加漿泵相連接，加漿泵與供漿管相連接，供漿管通過給進(jìn)模組安裝在安裝板上，供漿管上設(shè)置有壓力傳感器和流量傳感器；
16、供漿管頂部設(shè)置有分散式注漿組件；分散式注漿組件包括導(dǎo)向套，導(dǎo)向套內(nèi)設(shè)置有中部注漿管和若干外側(cè)注漿管，中部注漿管和若干外側(cè)注漿管均通過伸縮軟管與供漿管相連通，中部注漿管和外側(cè)注漿管均開設(shè)有螺旋分布的出漿口。若干外側(cè)注漿管通過角度調(diào)節(jié)組件圓周分布在移動環(huán)上，移動環(huán)外側(cè)設(shè)置有第一導(dǎo)向塊，第一導(dǎo)向塊設(shè)置在導(dǎo)向套的第一導(dǎo)向通孔內(nèi)，第一導(dǎo)向塊連接有連動環(huán)；
17、角度調(diào)節(jié)組件包括u形安裝座，u型安裝座上設(shè)置有角度調(diào)整軸，角度調(diào)整軸上設(shè)置有連動齒輪；
18、中部注漿管的圓周側(cè)圓周分布有若干連動齒條，連動齒條與連動齒輪相嚙合，連動環(huán)與導(dǎo)向套外側(cè)的推進(jìn)電動推桿相連接，推進(jìn)電動推桿安裝在導(dǎo)向套外側(cè)，連動環(huán)上連接有展開電動推桿，展開電動推桿的伸縮端連接有第二導(dǎo)向塊，第二導(dǎo)向塊穿過第二導(dǎo)向通孔設(shè)置在中部注漿管的圓周側(cè)；推進(jìn)電動推桿和展開電動推桿交錯設(shè)置；
19、加漿泵、推進(jìn)電動推桿、展開電動推桿均與控制終端電連接。
20、一種基于上述一種模擬斷層帶注漿控制巷道斷裂型巖爆的試驗系統(tǒng)的方法，具體步驟如下：
21、步驟s1：制備包括斷層破碎帶的物理模型，斷層破碎帶物理力學(xué)性狀與原狀樣品做到強(qiáng)度上一致和結(jié)構(gòu)上高度相似，并在物理模型中預(yù)埋光纖傳感器組件，并對物理模型進(jìn)行熱處理，使得達(dá)到設(shè)定模擬溫度，模擬高地溫環(huán)境；
22、步驟s2：將物理模型放入模型箱內(nèi)，施加三個方向的應(yīng)力模擬地層環(huán)境，并將模型箱固定在轉(zhuǎn)臺上進(jìn)行初次ct掃描，獲取物理模型本底形態(tài)：
23、步驟s3：控制裝置啟動掘進(jìn)機(jī)構(gòu)和ct掃描裝置同步進(jìn)行掘進(jìn)模擬和ct圖像獲取，同時獲取光纖傳感器組件的檢測數(shù)據(jù)，在不同開挖掘進(jìn)階段觀察斷層帶活化現(xiàn)象和誘發(fā)巷道圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象，開挖步距設(shè)定為沿巷道走向方向模型長度l的1/20；
24、步驟s4：掘進(jìn)穿過斷層破碎帶之前，制備一種低碳環(huán)境友好型的注漿加固材料，漿液中膠凝材料摻和比由室內(nèi)力學(xué)試驗進(jìn)行配比優(yōu)化確定，注漿機(jī)構(gòu)中漿料桶內(nèi)的攪拌器對漿液進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁?/p><本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種模擬斷層帶注漿控制巷道斷裂型巖爆的試驗系統(tǒng)，包括帶有轉(zhuǎn)臺的CT掃描裝置和控制裝置，CT掃描裝置與控制裝置電連接，其特征在于：還包括掘進(jìn)注漿裝置，掘進(jìn)注漿裝置與轉(zhuǎn)臺上固定的模型箱相對設(shè)置；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬斷層帶注漿控制巷道斷裂型巖爆的試驗系統(tǒng)，其特征在于：模型箱的前側(cè)面開設(shè)有操作通孔；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種模擬斷層帶注漿控制巷道斷裂型巖爆的試驗系統(tǒng)，其特征在于：前承壓板、后承壓板、側(cè)墊板、下承壓板以及上承壓板內(nèi)均嵌設(shè)有電加熱絲，前承壓板、后承壓板、側(cè)墊板、下承壓板以及上承壓板的外側(cè)均設(shè)置有隔熱層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬斷層帶注漿控制巷道斷裂型巖爆的試驗系統(tǒng)，其特征在于：監(jiān)測裝置包括上下設(shè)置的至少三個光纖傳感器組件，光纖傳感器組件包括至少一排的光纖傳感器，光纖傳感器與控制裝置電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬斷層帶注漿控制巷道斷裂型巖爆的試驗系統(tǒng)，其特征在于：掘進(jìn)機(jī)構(gòu)包括鉆桿，鉆桿與固定在安裝板上的掘進(jìn)驅(qū)動電機(jī)相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬斷層帶注漿控制巷道斷
7.一種基于權(quán)利要求1-6任意一項所述的一種模擬斷層帶注漿控制巷道斷裂型巖爆的試驗系統(tǒng)的方法，其特征在于，具體步驟如下：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種方法，其特征在于：在步驟S3和步驟S4中，根據(jù)光纖傳感器組件獲取的溫度數(shù)據(jù)控制電加熱絲的功率，使得物理模型保持在設(shè)定溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種方法，其特征在于：在步驟S1中，根據(jù)獲取的深部采場中段原狀斷層破碎帶結(jié)構(gòu)體，對物理模型進(jìn)行CT掃描、篩分試驗以及XRD試驗獲取內(nèi)部結(jié)構(gòu)、顆粒級配以及礦物成分分析，確定與天然斷層帶材料相一致的斷層帶相似材料水力參數(shù)，制備不同阻滲和彈性匹配的物理模型材料，斷層帶材料為原狀碎塊石和黏土礦物的混合體，斷層帶塊石含量為40％、50％、60％和70％。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種方法，其特征在于：在步驟S4中，注漿加固材料由固廢基協(xié)同膠凝材料制備，包括礦渣、鋼渣、磷石膏、水泥和添加劑，添加劑為水下抗分散絮凝劑，配比研究為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，根據(jù)優(yōu)化函數(shù)確定；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種模擬斷層帶注漿控制巷道斷裂型巖爆的試驗系統(tǒng)，包括帶有轉(zhuǎn)臺的ct掃描裝置和控制裝置，ct掃描裝置與控制裝置電連接，其特征在于：還包括掘進(jìn)注漿裝置，掘進(jìn)注漿裝置與轉(zhuǎn)臺上固定的模型箱相對設(shè)置；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬斷層帶注漿控制巷道斷裂型巖爆的試驗系統(tǒng)，其特征在于：模型箱的前側(cè)面開設(shè)有操作通孔；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種模擬斷層帶注漿控制巷道斷裂型巖爆的試驗系統(tǒng)，其特征在于：前承壓板、后承壓板、側(cè)墊板、下承壓板以及上承壓板內(nèi)均嵌設(shè)有電加熱絲，前承壓板、后承壓板、側(cè)墊板、下承壓板以及上承壓板的外側(cè)均設(shè)置有隔熱層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬斷層帶注漿控制巷道斷裂型巖爆的試驗系統(tǒng)，其特征在于：監(jiān)測裝置包括上下設(shè)置的至少三個光纖傳感器組件，光纖傳感器組件包括至少一排的光纖傳感器，光纖傳感器與控制裝置電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬斷層帶注漿控制巷道斷裂型巖爆的試驗系統(tǒng)，其特征在于：掘進(jìn)機(jī)構(gòu)包括鉆桿，鉆桿與固定在安裝板上的掘進(jìn)驅(qū)動電機(jī)相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬斷層帶注漿控制巷道斷裂型巖爆的試驗系統(tǒng)，其特征在于：注漿...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王宇，于永純，易雪楓，吳云峰，陳鎮(zhèn)鎮(zhèn)，
申請(專利權(quán))人：北京科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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