[發明專利]沖擊力可控式沖擊礦壓巷道支護物理模擬沖擊試驗方法及裝置

有效

• 申請號: 201310543093.8
• 申請日: 2013-11-06
• 公開（公告）號: CN103558006A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 王桂峰;竇林名;李振雷;曹安業;鞏思園;何江
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01M7/08
• 分類號: G01M7/08
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網蘭

技術領域

本發明涉及一種礦山支護技術，尤其是一種礦山支護模擬試驗技術，具體地說是一種沖擊力可控式沖擊礦壓巷道支護物理模擬沖擊試驗方法及裝置。

背景技術

隨著我國礦井開采進入深部，沖擊礦壓發生的頻次和烈度都在逐漸增大，頻繁出現巷道因動力破壞而傷亡人員的事故發生，嚴重制約著煤炭資源的安全高效開。沖擊礦壓巷道的支護問題是沖擊礦壓研究的主要內容之一，是一項關系深部煤炭資源安全高效開采的重要課題。

沖擊礦壓發生時，首先是支護構件連同巷道周邊圍巖在沖擊載荷下整體擠向巷道自由空間，為內部巖體提供連續變形破壞的空間。巷道圍巖在瞬間由外到內連續向二向和單向應力轉變，內部巖體平衡狀態被打破，引發連續破壞失穩，巖體積聚的大量變形能將持續轉變為動力破壞所需的能量。造成破壞烈度劇烈的沖擊礦壓災害。

目前有關沖擊礦壓巷道支護的物理模擬方法是通過爆破施加沖擊載荷，但這種方式施加的沖擊載荷無法定量化，難以準確、重復模擬沖擊礦壓發生時對巷道周邊圍巖和支護系統的破壞過程，不能夠有效試驗巷道支護系統防沖設計的合理性。

發明內容

本發明的目的是針對現有的礦山巷道模擬試驗中利用爆破產生的沖擊力模擬沖擊載荷對巷道支護的破壞作用造成爆破力不可控，試驗參數難以準確掌握，難以準確、重復模擬沖擊礦壓發生時對巷道周邊圍巖和支護系統的破壞過程，不能夠有效試驗巷道支護系統防沖設計的合理性的問題，發明一種沖擊力可控式沖擊礦壓巷道支護物理模擬沖擊試驗方法，同時提供一種相應的試驗裝置。

本發明的技術方案之一是：

一種沖擊力可控式沖擊礦壓巷道支護物理模擬沖擊試驗方法，其特征是它包括以下步驟：

????首先，在巷道物理模型42中預埋一套筒34，并使套筒的預埋角度與設定的試驗載荷作用方向匹配；

其次，在所述的套筒34中安裝一滑桿33，滑桿33的一端與巷道模型被沖擊部位相對或相接觸，另一端伸出套筒34外；

第三，將巷道物理模型42安裝在試驗架41上，在試驗架41的一側安裝一沖擊加載機，調整沖擊加載機的施力方向，使之與滑桿33的軸線相一致；

第四，在試驗架41的上部安裝施力裝置44，從上向下給巷道物理模型42施加向下的壓力，同時通過沖擊加載機向滑桿33伸出套筒34外的一端施加一設定的可控沖擊力，該沖擊力經滑桿位于套筒34中的滑桿尾部35作用于物理模型中，在物理模型內部的滑桿尾部使模型產生宏觀破裂，推動巷道周邊圍巖連同支護系統擠向巷道自由空間；

第五，通過傳感設備測量并記錄沖擊加載機的沖擊力對巷道支護的影響供分析計算；

????重復第一至第五步的內容可測得不同沖擊載荷及沖擊角度對巷道物理模型的影響。

所述的沖擊加載機為純機械式、電磁式或氣動式沖擊設備。

所述的施力裝置44為液壓施力裝置。

本發明的技術方案之二是：

一種沖擊力可控式沖擊礦壓巷道支護物理模擬沖擊試驗裝置，它包括安裝巷道物理模型42的試驗架41，該試驗架41的上部安裝有向巷道物理模型42施加垂直向下載荷的施力裝置44，其特征是所述的巷道物理模型42中預埋有套筒34，套筒34中安裝有用于將沖擊力傳遞到巷道物理模型42中的滑桿33，滑桿33的一端伸出套筒34外與沖擊加載機的沖擊力作用件相對；所述的沖擊加載機安裝在一傾角可調的底座11上以便調整沖擊力作用件的施力角度使之與滑桿的軸線方向保持一致，底座11安裝在一升降平臺21上，以保證沖擊力作用件的中心高度與滑桿的中心軸線高度相匹配。

??所述的沖擊加載機為機械式、電磁式或氣動式沖擊加載機。

所述的機械式沖擊加載機為擺錘式沖擊加載機。

所述的施力裝置44為液壓施力裝置。

本發明的有益效果：

本發明通過沖擊加載機施加沖擊載荷在物理模型內部的滑桿尾部，使模型產生宏觀破裂，推動巷道周邊圍巖連同支護系統擠向巷道自由空間，這真實模擬了沖擊礦壓使巖體內部產生宏觀破裂時，對巷道周邊圍巖和支護系統破壞過程，通過沖擊加載機的升降、傾斜調節，可方便模擬宏觀破裂發生在巷道周邊不同位置的破壞過程，可有效試驗巷道支護系統防沖設計的合理性。

本發明可廣泛應用用于模擬沖擊礦壓使巖體內部產生宏觀破裂時，對巷道周邊圍巖和支護系統破壞過程，通過沖擊加載機的升降、傾斜調節，可方便模擬宏觀破裂發生在巷道周邊不同位置的破壞過程，可有效試驗巷道支護系統防沖設計的合理性。