[發明專利]煤礦動力災害模擬系統與方法

有效

• 申請號: 202210502294.2
• 申請日: 2022-05-10
• 公開（公告）號: CN114594220B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 王琦;馬鳳林;王業泰;高紅科;江貝;薛浩杰
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）;北京力巖科技有限公司
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G01N19/00
• 代理公司: 北京中北知識產權代理有限公司 11253
• 代理人: 宋波

本發明提供了一種煤礦動力災害模擬系統與方法，該系統包括主體裝置、動力加載裝置、切頂釋能裝置、吸能控制裝置和智能監控系統，主體裝置包括模型體，模型體內設有巷道、采煤工作面、巷道頂板和采煤工作面頂板，動力加載裝置包括近域沖擊組件和遠域沖擊組件，近域沖擊組件、切頂釋能裝置和吸能控制裝置均設置于模型體的內部，遠域沖擊組件設置于模型體的外側，切頂釋能裝置用于切斷采煤工作面頂板，吸能控制裝置用于支護巷道，智能監控系統用于監控動力加載裝置、切頂釋能裝置、吸能控制裝置。本發明能夠實現自動化、智能化的控制與模擬，真實還原煤礦現場動力災害發生過程。

技術領域

本發明涉及礦害室內實驗技術領域，特別涉及一種煤礦動力災害模擬系統與方法。

背景技術

隨著煤炭資源開采深度和強度的不斷增加，深部礦井受高地應力和開采擾動等因素影響，出現的沖擊地壓、礦震等煤礦動力災害日益增多，煤礦動力災害具有前兆過程短、突發性強、沖擊破壞性大等特征，嚴重威脅礦井的生產安全。目前針對動力災害的研究主要集中于理論分析和數值試驗，現場試驗開展難度大、周期長，無法有效定量控制煤礦動力災害沖擊能量，模型試驗為煤礦動力災害的模擬與控制研究提供了新的途徑。目前模型試驗裝置模擬維度低，無法還原真實環境條件下的煤礦動力災害類型，且支護體系裝置缺乏吸能與釋能控制系統，未形成完整有效的模擬與控制方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種煤礦動力災害模擬系統，該煤礦動力災害模擬系統能夠產生強度、頻率、位置、數量不同的震源，形成多個震源耦合場；可真實反映動力影響下切頂釋能裝置和吸能控制裝置的釋能、吸能控制效果，分析多個疊加震源場中圍巖應力、應變的時空演化規律。本發明能夠實現自動化、智能化的控制與模擬，能夠真實還原煤礦現場動力災害發生過程，從而科學的研究煤礦動力災害形成機制。

本發明的目的在于提一種煤礦動力災害模擬方法。

為實現本發明目的，本發明采用如下技術方案：

根據本發明的一個方面，提供了一種煤礦動力災害模擬系統。所述一種煤礦動力災害模擬系統，包括主體裝置、動力加載裝置、切頂釋能裝置、吸能控制裝置和智能監控系統，所述主體裝置由模塊化反力結構拼裝組成，模擬不同相似尺寸的煤礦巖層，包括模型體、設置于所述模型體內的至少兩個巷道、位于兩個所述巷道之間的采煤工作面、位于所述巷道上方的巷道頂板和位于所述采煤工作面上方的采煤工作面頂板，所述動力加載裝置包括近域沖擊組件和遠域沖擊組件，其中，所述遠域沖擊組件設置于所述模型體的外側，所述近域沖擊組件、所述切頂釋能裝置和所述吸能控制裝置均設置于所述模型體的內部，所述近域沖擊組件對所述模型體進行近域沖擊，所述遠域沖擊組件對所述模型體的遠域沖擊，所述切頂釋能裝置對所述采煤工作面頂板進行切斷，所述吸能控制裝置用于支護所述巷道，所述智能監控系統用于監控所述動力加載裝置、所述切頂釋能裝置和所述吸能控制裝置。

根據本發明的一實施方式，其中，所述智能監控系統包括監測組件、掃描成像裝置和上位機，所述監測組件設置于所述模型體的內部，用于采集所述模型體內受到沖擊的響應數據和所述模型體內產生的應力應變數據；所述掃描成像裝置通過掃描所述模型體進而得到所述模型體內部破裂的時空演化模型；所述上位機用于監控所述動力加載裝置、所述切頂釋能裝置、所述吸能控制裝置、所述監測組件和所述掃描成像裝置，并生成監測數據。

根據本發明的一實施方式，其中，所述監測組件包括第一應變片、聲發射探頭、位移傳感器、應變傳感器和安裝于所述應變傳感器的第二應變片，其中，所述第一應變片連接于所述吸能控制裝置，用于采集所述吸能控制裝置的應力應變數據，所述聲發射探頭安裝于所述模型體的內部，用于采集所述模型體受到沖擊的響應數據，所述位移傳感器、所述應變傳感器分別安裝于所述巷道外側的所述模型體上，用于監測所述巷道的應力與變形數據；