[發明專利]一種工程巖體動力學模擬試驗系統及其試驗方法

在審

• 申請號: 202210511458.8
• 申請日: 2022-05-11
• 公開（公告）號: CN114965006A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 王恩元;袁亮;張超林;劉玉冰;劉曉斐;李楠;馮小軍
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 徐爾東

1.一種工程巖體動力學模擬試驗系統，其特征在于：包括主體承載模塊、動態密封模塊、動靜加載模塊、氣液充填模塊、控溫保溫模塊、鉆掘采與支護模塊、多物理場信息感知模塊；

所述主體承載模塊包括用于為各種加載模式提供反力的外部反力框架和用于形成試驗模型多場多相賦存環境的多尺度內部模型箱體；

所述動靜加載模塊采用模型陣列加載技術，所述動靜加載模塊在多尺度內部模型箱體的上、下、左、右、前、后六個加載面分別設置多組動靜復合加載油缸，所有動靜復合加載油缸均可單獨或同步控制，所述動靜加載模塊通過加載板柔性結構層實現每個陣列點應力的準靜態和中應變率加載；所述多尺度內部模型箱體的上加載面設置霍普金森桿，所述多尺度內部模型箱體的右、后2個加載面設置有擺錘，以實現高應變率加載；

所述氣液充填模塊的氣液充填管路進口端與高壓氣液存儲腔連接，出口端通過密封法蘭及密封墊與箱體底板氣液充填孔連接，所述氣液充填模塊能夠向箱體內部進行單獨氣體加載、單獨液體加載以及氣液兩相兩步加載，以模擬深部煤巖體真實氣液賦存條件；

所述動態密封模塊用于防止高壓氣液泄漏，通過導向槽和雙液壓密封圈可實現高壓氣液自適應動態密封；

所述控溫保溫模塊通過在力熱加載板表面及箱體內表面布設熱流道、在箱體內表面局部布置硅橡膠加熱帶、在箱體外表面布置保溫層，能夠實現試樣模型的快速干燥并模擬深部煤巖體真實地溫賦存環境，同時能減少熱量損失、提高加熱效率和溫控精度；

所述鉆掘采與支護模塊包括鉆進系統、掘進系統、回采系統、支護系統以及智能控制系統，所述鉆掘采與支護模塊通過計算機程序智能控制運動軌跡和動作方式，能夠模擬礦山鉆進作業、掘進作業、回采作業以及巷道開挖支護，并能實時高速記錄動力災害發生瞬間巷道內工況；

所述多物理場信息感知模塊通過將多物理量微型傳感器預埋在試樣模型內部，實現應力場、滲流場、溫度場、電磁場實時監測；通過將多頻聲波探頭和嵌入式探針組合實時無損探測超聲波、次聲波、聲發射和微震動多頻聲波信號，實現多頻聲波探測成像、震源定位、裂隙機制解分析及裂隙場成像。

2.如權利要求1所述的一種工程巖體動力學模擬試驗系統，其特征在于：所述外部反力框架包括榀式結構，所述外部反力框架放置在獨立基礎上，所述獨立基礎與工程巖體動力學模擬試驗系統的地基之間設置有隔振溝和減震器，所述外部反力框架與獨立基礎之間設置減震裝置，所述多尺度內部模型箱體的底部、前部及左、右兩側設置有吸波阻尼，能夠防止動靜加載時多尺度內部模型箱體發生剛性沖擊以及降低應力反射波對模型的二次影響，提高動態加載可控性及試驗準確性。

3.如權利要求1所述的一種工程巖體動力學模擬試驗系統，其特征在于：所述試樣模型通過割據、壓制或3D打印制作。

4.如權利要求3所述的一種工程巖體動力學模擬試驗系統，其特征在于：所述試樣模型的尺寸根據試驗需要制作，能夠配合模型陣列加載技術，實現不同相似比例尺的相似模擬需求。

5.如權利要求1所述的一種工程巖體動力學模擬試驗系統，其特征在于：所述霍普金森桿與沖擊加載框架的橫梁連接并能夠在加載框架的橫梁上前、后移動，所述加載框架的橫梁能夠在沖擊加載框架上左、右移動，所述霍普金森桿能夠移動并固定至多尺度內部模型箱體上加載面的任意區域并與動靜復合加載油缸相連，能夠實現對多尺度內部模型箱體的上加載面任一區域的沖擊加載；所述擺錘和擺錘框架的橫梁連接并能夠在擺錘框架的橫梁上移動，所述擺錘的擺桿能夠進行伸縮，所述擺錘能夠在移動并固定至多尺度內部模型箱體右、后加載面的任意區域并與動靜復合加載油缸相連，能夠實現對多尺度內部模型箱體的右、后加載面任一區域的擺錘加載。

6.如權利要求1所述的一種工程巖體動力學模擬試驗系統，其特征在于：所述多尺度內部模型箱體的前加載面中部設置有快速卸荷窗口，所述快速卸荷窗口內部配有加載油缸，所述快速卸荷窗口的中間留有圓孔，所述快速卸荷窗口的外部設置有液壓緊鎖裝置、卸荷窗口導軌、緩沖彈簧，進行作業前，所述液壓緊鎖裝置鎖住導軌保證氣液密封，作業時，所述液壓緊鎖裝置解除，所述快速卸荷窗口彈出，通過中間的圓孔進行作業。