[發(fā)明專利]一種巷道掘進(jìn)沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害實(shí)驗(yàn)方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011246447.9
• 申請(qǐng)日: 2020-11-10
• 公開（公告）號(hào): CN112461669B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王桂峰;沈承德;曹安業(yè);鞏思園;竇林名;蔡武
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/12
• 分類號(hào): G01N3/12;G01N3/307;G01N3/02
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 瞿網(wǎng)蘭

1.一種巷道掘進(jìn)沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于：包括正常地質(zhì)條件下巷道掘進(jìn)和異常地質(zhì)條件下巷道掘進(jìn)沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害實(shí)驗(yàn)方法，所述的正常地質(zhì)條件下巷道掘進(jìn)沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害實(shí)驗(yàn)方法包括以下步驟：

（1）配制試樣；根據(jù)煤礦井下掘進(jìn)工作面煤巖層結(jié)構(gòu)及其物理力學(xué)性質(zhì)、實(shí)際和實(shí)驗(yàn)室模擬掘進(jìn)的巷道尺寸，利用相似準(zhǔn)則完成正常層狀結(jié)構(gòu)煤巖試樣的配制；

（2）對(duì)試樣施加靜態(tài)載荷，模擬煤礦井下掘進(jìn)工作面周邊巖體實(shí)際受力環(huán)境；

（3）通過(guò)計(jì)算機(jī)程序控制刀具空間運(yùn)動(dòng)軌跡，在試樣內(nèi)部模擬煤礦井下生產(chǎn)班時(shí)巷道的掘進(jìn)作業(yè)，巷道形狀為拱形、正方形、梯形之一；在掘進(jìn)過(guò)程中利用聲發(fā)射傳感器、電磁輻射傳感器和力學(xué)傳感器采集掘進(jìn)過(guò)程中的聲電和力學(xué)信號(hào)；

（4）模擬掘進(jìn)完成一定距離后，將刀具撤出試樣，利用聲發(fā)射傳感器、電磁輻射傳感器和力學(xué)傳感器采集試樣停掘過(guò)程中試驗(yàn)應(yīng)力調(diào)整而反饋出的聲電和力學(xué)信號(hào)，利用微型攝像機(jī)觀測(cè)巷道表面變形及破裂情況；

（5）分別在步驟（2）和步驟（3）中，施加動(dòng)載荷，由計(jì)算機(jī)控制動(dòng)態(tài)加載波形特征、施加時(shí)間參數(shù)，加載波形包括：正弦波、半正弦波、三角波、半三角波、方波、半方波、斜波之一；或讀取礦井采集的礦震波形文件加載；

（6）改變動(dòng)載波形形式和強(qiáng)度，直至試樣發(fā)生沖擊破壞，得到巷道沖擊破壞的條件準(zhǔn)則；

（7）重復(fù)步驟（2），改變載荷加載形式為單向、雙向或三向、改變靜態(tài)載荷強(qiáng)度，重復(fù)步驟（3）、（4）、（5）、（6），研究不同應(yīng)力條件對(duì)掘進(jìn)沖擊地壓發(fā)生的影響規(guī)律；

（8）重復(fù)步驟（3），改變步驟（3）中的開挖速度，重復(fù)步驟（4）、（5）、（6），獲得不同開挖速度對(duì)掘進(jìn)沖擊地壓發(fā)生的影響規(guī)律；

所述的異常地質(zhì)條件下巷道掘進(jìn)沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害實(shí)驗(yàn)方法包括以下步驟；

首先配制試樣；根據(jù)煤礦井下掘進(jìn)工作面煤巖層結(jié)構(gòu)及其物理力學(xué)性質(zhì)、異常地質(zhì)構(gòu)造、實(shí)際和實(shí)驗(yàn)室模擬掘進(jìn)的巷道尺寸，利用相似準(zhǔn)則配制煤巖層厚度變化的試樣、有斷層的煤巖結(jié)構(gòu)試樣、有巖漿侵入的煤巖結(jié)構(gòu)試樣、有褶曲的煤巖結(jié)構(gòu)試樣；

其次，重復(fù)步驟（2）至步驟（8）；

第三，將步驟（2）至步驟（8）所得到的聲電和應(yīng)力信號(hào)與正常地質(zhì)條件下得到的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比分析，得到不同地質(zhì)賦存環(huán)境對(duì)沖擊地壓發(fā)生的影響規(guī)律。

2.一種權(quán)利要求1所述實(shí)驗(yàn)方法使用的巷道掘進(jìn)沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是包括三向加載反力架模塊（11）、動(dòng)載荷施加模塊（13）、數(shù)控掘進(jìn)機(jī)（14）和靜態(tài)液壓缸（15）；試樣（17）位于反力架模塊（11）的中心，數(shù)控掘進(jìn)機(jī)（14）和靜態(tài)液壓缸（15）對(duì)稱設(shè)置在試樣的X向兩側(cè)，動(dòng)載荷施加模塊（13）與另一靜態(tài)液壓缸（15）對(duì)稱設(shè)置在試樣（17）的Y向兩側(cè)，在試樣（17）的上方、反力架模塊（11）上Z向方向安裝有動(dòng)態(tài)液壓缸（13-1），動(dòng)態(tài)液壓缸（13-1）可同時(shí)作為靜態(tài)液壓缸使用，它與試樣（17）下部的底座對(duì)稱設(shè)置；所述的反力架模塊（11）以試樣為中心，在X、Y、Z三向的每個(gè)方向上各配置有一個(gè)靜態(tài)液壓缸（15）和一個(gè)反力加載板（16）、一個(gè)動(dòng)態(tài)液壓缸（13-1）和一個(gè)中空液壓缸（13-2）、一反力架（19）和一個(gè)動(dòng)態(tài)液壓缸（13-1），液壓缸受控于液壓伺服控制系統(tǒng)（12）。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的巷道掘進(jìn)沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是所述的動(dòng)載荷施加模塊（13）包括低應(yīng)變率加載模塊和中高應(yīng)變率加載模塊；所述低應(yīng)變率加載模塊是由動(dòng)態(tài)液壓缸（13-1）加以實(shí)現(xiàn)；所述中高應(yīng)變率加載模塊是由中空液壓缸（13-2）加以實(shí)現(xiàn)，中空液壓缸（13-2）的中間放置沖擊桿（13-3），外部利用霍普金森沖擊機(jī)（13-4）或擺錘沖擊機(jī)（13-5）擊打沖擊桿（13-3），沖擊桿（13-3）將動(dòng)載荷傳遞給試樣（17）。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的巷道掘進(jìn)沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是所述的所述數(shù)控掘進(jìn)機(jī)（14）前部有刀具，刀具連接有進(jìn)給裝置（14-3），進(jìn)給裝置（14-3）安裝在水平移動(dòng)裝置（14-2）上，水平移動(dòng)裝置（14-2）安裝在升降裝置（14-1）上，數(shù)控掘進(jìn)機(jī)（14）由計(jì)算機(jī)程序控制運(yùn)動(dòng)軌跡，利用刀具切割試樣，模擬礦山掘進(jìn)作業(yè)。