[發明專利]一種基于靜載和爆炸荷載共同作用下巷道沖擊地壓的模擬方法

有效

• 申請號: 201310264978.4
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN103344491A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 顧金才;王四巍;劉漢東
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/313
• 代理公司: 鄭州紅元帥專利代理事務所(普通合伙) 41117
• 代理人: 王瑞麗

技術領域

本發明主要涉及深部資源開采、交通及水利土木行業等領域，具體涉及一種基于靜載和爆炸荷載共同作用下巷道沖擊地壓的模擬方法。

背景技術

隨著大型礦山、水利、交通、國防工程中深部洞室開挖深度的加大，出現了越來越多的沖擊地壓問題。沖擊地壓造成了越來越多的工程事故，給礦山安全生產和工程正常運行帶來很大的隱患。雖然在全球范圍已經對沖擊地壓開展了廣泛研究，但目前對沖擊地壓發生機理認識仍不夠深入，仍需進一步研究。模型試驗是模擬沖擊地壓的有效方法，但是從現場沖擊地壓調查研究結果分析，僅利用靜載或動載方式不能全面模擬沖擊地壓發生的機理。利用靜載和爆炸荷載相結合的方法研究沖擊地壓發生的機理，首先模擬巷道開挖前地應力特征，在此基礎上開挖洞室，之后利用爆炸荷載模擬巷道沖擊地壓發生機理。

利用靜載和爆炸荷載相結合的方法研究沖擊地壓發生的機理，該方法主要難度為：一是模型試驗中要求靜載恒定，如何減少爆炸荷載對靜載作用力的干擾；二是在靜載和爆炸荷載下，模型體內力、加速度和變形分布特征如何測試。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于靜載和爆炸荷載共同作用下巷道沖擊地壓的模擬方法，該方法可快速簡便模擬沖擊地壓發生機理。

本發明采用以下技術方案：

一種基于靜載和爆炸荷載共同作用下巷道沖擊地壓的模擬方法，包括如下步驟：

步驟A，配制模型相似材料，并在巖土模型試驗機內夯筑模型；在模型體中埋設壓力傳感器、加速度傳感器和應變片；

步驟B，模型體養護28天后，利用巖土模型試驗機對其施加初始地應力，并測試模型體在靜載作用下的力和變形場分布特征；在模型體上應力達到設定要求后，埋置炸藥，并測試在爆炸荷載和靜載共同作用下模型體的力、加速度和變形場分布特征；

步驟C，模擬實際洞室開挖特征，分步開挖洞室；并量測每次開挖后模型體中力和變形場的分布特征；

步驟D，在模型體內鉆孔，并把炸藥藥包及雷管安裝在鉆孔內，用黃土填塞；引爆炸藥，觀察巷道的破壞程度，量測動壓力、動變形和加速度場的分布特征，分析沖擊地壓產生與炸藥用量、地應力的關系。

作為優選，所述洞室形狀為矩形、拱形、圓形或馬蹄形。

作為優選，所述洞室長、寬最大可為30cm。洞室形狀可以根據需要增大或減小。洞室開挖方式可以一次性成洞，也可以分多次開挖成洞。

作為優選，所述巖土模型試驗機采用YDM-D型巖土工程結構模型試驗系統。

YDM-D型巖土工程結構模型試驗系統主要包括加載框架、側邊橫梁、多組液壓千斤頂和控制臺。框架主要用于模型體大小的控制、千斤頂放置及加載需要，側邊橫梁主要控制不發生側向變形，液壓千斤頂主要給模型體加載，控制臺可以控制荷載的施加方式。YDM-D型巖土工程結構模型試驗系統主要應用于研究不同地應力特征、不同巖體條件下的洞室、洞群、邊坡和基坑開挖與錨固效應，進行方案對比，為工程設計、施工提供試驗依據。可廣泛應用于水電、煤礦、鐵路、公路等部門的科研、設計工作。

作為優選，所述壓力傳感器為多個，且按照線形排列；其中一個壓力傳感器設在洞室內部，一個設在洞室頂部外壁，其余壓力傳感器設在洞室上方。

作為優選，所述壓變式壓力盒為兩個，且均設在洞室內部。

作為優選，所述的兩個壓變式壓力盒相互垂直設置。

作為優選，所述步驟A中，加速度傳感器為多個，且按照線形排列；其中一個加速度傳感器設在洞室內部，一個設在洞室頂部外壁，其余加速度傳感器設在洞室上方。

作為優選，所述應變片為多個，且分布在同一截面上，其中一個應變片設在洞室底部，其余應變片均勻分布在洞室外壁上。

本發明的有益效果是：

本發明充分考慮深部礦井建設和運行過程中沖擊地壓產生的特征，利用室內試驗合理模擬了巷道沖擊地壓發生機理，探求了沖擊地壓發生下炸藥、地應力與巖體力學性質的關系，為實際深部巷道建設及運行過程中沖擊地壓的預測提供理論依據。利用該發明可有效預測深部巷道沖擊地壓發生的規模和時間，減少沖擊地壓災害對礦井生產設備的破壞，避免沖擊地壓對井下人員的傷害，大大降低礦井安全生產風險，有力提高了礦井的生產效率。根據沖擊地壓發生機理，為存在沖擊地壓風險的巷道提供加固基礎。

附圖說明

圖1是本發明YDM-D型巖土工程結構模型試驗系統結構示意圖；

圖2是本發明模擬洞室示意圖；

圖3是本發明壓力傳感器和應變式壓力盒分布示意圖；