[發明專利]一種大型三維立體可拆卸鉆屑相似模擬實驗裝置

在審

• 申請號: 202011580288.6
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112748016A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 潘一山;鄭文紅;代連朋;呂祥峰;王愛文;張建卓;劉昆輪;付洪源
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學;神華新疆能源有限責任公司
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N19/00;G01N33/24
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

一種大型三維立體可拆卸鉆屑相似模擬實驗裝置，包括可拆卸式反力框架、頂部液壓加載油缸組、側部液壓加載油缸組及后部動載荷加載油缸；頂部及側部液壓加載油缸組內的液壓加載油缸均可獨立加載，用以實現破碎區、塑性區和彈性區的模擬；通過后部動載荷加載油缸單獨施加水平動載荷，用以模擬礦震等動力災害對煤巖體應力、應變的影響，提高了實驗結果的可信性；通過多個液壓加載油缸的獨立加載，可開展帶煤層傾角時的鉆屑實驗和鉆孔卸壓實驗，加載墊塊最外側延伸至試樣外部，加載時可有效避免邊界效應，用以減小實驗誤差；實驗裝置整體構成三維立體結構，更準確模擬地應力，采用大尺寸試樣，進一步提高鉆屑和鉆孔卸壓相似模擬實驗結果的準確性。

技術領域

本發明屬于煤礦安全技術領域，特別是涉及一種大型三維立體可拆卸鉆屑相似模擬實驗裝置。

背景技術

通過向煤體鉆小直徑鉆孔，根據鉆孔過程中單位孔深排粉量的變化規律和動力現象，了解煤體應力集中程度、峰值大小及位置，判定沖擊地壓危險等級，達到沖擊地壓預測的目的，上述方法就是鉆屑法。由于鉆屑法能同時檢測多項與沖擊地壓有關的因素，而且簡便易行，因此成為了煤礦監測動力災害局部應力情況應用最廣泛的一種方法，而煤體鉆進過程排出的鉆屑量和煤體應力之間的關系，則是鉆屑法研究的基礎。

通過在煤層中打鉆孔、排煤粉，布置鉆孔長度、鉆孔間距，使鉆孔周圍形成的塑性破壞區連通起來，進而消除或降低沖擊地壓危險，上述這種局部性解危方法就是鉆孔卸壓。為達到最佳的卸壓效果和緩解沖擊地壓危險，如何合理設置鉆孔尺寸、深度以及鉆孔間排距，對于研究鉆孔卸壓是十分必要的。

研究不同地質因素、開采條件以及受載環境中鉆屑量變化規律和鉆孔卸壓效果，可以更準確地了解鉆屑量和煤體應力之間的關系和鉆孔后孔周的煤體受力狀態、鉆孔卸壓范圍，從而提高應用鉆屑法預測以及防治沖擊地壓的準確性，實現深部煤炭的安全開采具有重要的科學意義和工程價值。

為在實驗室內研究不同地質因素、開采條件以及受載環境鉆屑法和鉆孔卸壓，合適的實驗裝置至關重要。目前，現有的鉆屑實驗裝置大多停留通過軸壓加載、側面約束、計算等效應力的階段，而且實驗裝置的尺寸往往較小，導致煤巖在實驗裝置內的受載情況現場實際情況差別較大，因此通過實驗得出的結論和規律無法真實反映現場情況。

對于現有的鉆屑實驗裝置，還存在以下不足之處：①、采用頂部千斤頂和加載鋼板配合的加載方式，造成千斤頂壓頭處的受力大，而外緣受力小，因此加載不均勻，并且當加載面處的巖層出現彎曲下沉現象時，加載剛板不能隨動，從而造成下沉位置處的力加再不上去，而下沉邊緣則會產生應力集中；②、對于傳統的大型實驗裝置來說，需要較大的加載面積，并且為了更好的提供加載的反力，實驗裝置的框架外殼普遍采用整體式澆注結構，且實驗裝置不可移動，也就無法進行異地實驗；③、傳統的實驗裝置通常采用平面的應變模型開展模擬巷道開挖和煤層開采，因此并不具備開展鉆屑實驗的條件，同時也不具備對鉆孔卸壓效果進行可視化觀察的條件。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種大型三維立體可拆卸鉆屑相似模擬實驗裝置，在實驗裝置的上方和側方采用了多個可獨立加載的液壓加載油缸，用以實現破碎區、塑性區和彈性區的模擬；在實驗裝置的后方采用了單臺動載荷加載油缸，用以模擬礦震等動力災害對煤巖體應力、應變的影響，提高了實驗結果的可信性；通過多個液壓加載油缸的獨立加載，可開展帶煤層傾角時的鉆屑實驗和鉆孔卸壓實驗，同時采用了全新的加載墊塊設計方案，有效避免了邊界效應，用以減小實驗誤差；實驗裝置整體構成三維立體結構，可以更加準確的模擬煤體的地應力，同時采用大尺寸試樣，可以進一步提高鉆屑和鉆孔卸壓相似模擬實驗的實驗結果的準確性。