[發(fā)明專利]一種工程巖體動力學模擬試驗系統(tǒng)及其試驗方法

在審

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• 申請日: 2022-05-11
• 公開（公告）號: CN114965006A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)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(yè)大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 徐爾東

本發(fā)明公開了一種工程巖體動力學模擬試驗系統(tǒng)及其試驗方法，包括主體承載模塊、動態(tài)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，能夠真實模擬深部工程各種巖體動力災害，可成為巖體動力學及沖擊地壓、巖爆、煤與瓦斯突出、突水等各類工程巖體動力災害影響因素、演化機理、前兆響應、預測預警及防控技術等研究的模擬試驗儀器及平臺，試驗系統(tǒng)適應多種工程巖體模型、多尺度演化過程實驗及多信息精準測試、耦合分析等，能夠成為工程巖體動力學、工程巖體動力學行為和機制研究的基礎試驗裝備，能夠成為突破巖體動力學實驗研究與理論分析難題的基礎試驗裝備。

技術領域

本發(fā)明涉及深部礦山及深部工程領域，特別是工程巖體動力學模擬試驗系統(tǒng)及方法。

背景技術

煤炭是我國的基礎能源，長期仍將是我國的主體能源。礦井開采深度越來越大，目前我國最深煤礦已達1500m，金屬礦山已達1600m，世界最深礦山——南非金礦已達4530m。我國也正在開展超深鉆探工程、超深地震觀測點工程，建設大量的深埋隧道和科學實驗室等深部地下工程。深部地層條件賦存復雜多變，多數(shù)呈現(xiàn)分區(qū)層狀分布，不同程度含有氣液，受地質構造嚴重影響，應力狀態(tài)也非常復雜。礦山、隧道、鉆探等深部地下工程，受地應力、構造和賦存氣液等影響，深部煤礦開采會伴隨發(fā)生沖擊地壓、煤與瓦斯突出、突水等煤巖動力災害，非煤礦山和隧道會發(fā)生巖爆、突水等巖體動力災害。

隧道巖爆和瓦斯動力災害往往造成開挖工作面的嚴重破壞、設備損壞和人員傷亡。國內外學者對各種巖體動力災害的力學特性、影響因素、發(fā)生機理、前兆響應、預測預警和防治技術等進行了大量深入的實驗、理論和工程研究。但時有發(fā)生的嚴重巖體動力災害事故表明，大型工程巖體動力災害的演化機制認識不清，難以預測和防治。巖體動力災害已經(jīng)成為礦山、巖石地下工程和巖石力學領域的世界性難題。

深部巖體動力災害是大范圍工程巖體多相多場耦合多尺度演化動力災害，其致災因素、演化過程與發(fā)生機制極其復雜，具有突發(fā)性、復雜性和非線性等特征。現(xiàn)有的巖體力學、巖石動力學理論、模型及本構關系不能滿足實際需求，無法反映工程巖體的非線性演化動力學行為。

目前在巖體力學、巖石動力學方面進行了大量的研究，揭示了力學特性和規(guī)律。但巖體動力學、特別是工程巖體動力學方面缺乏研究，根據(jù)原因在于缺乏工程巖體動力學模擬試驗裝置。試驗研究是揭示工程巖體動力災害孕育和致災、預警和防治等基礎理論的有效研究手段。目前的實驗室中小尺度試樣實驗或較大尺度模擬試驗系統(tǒng)與大尺度巖體工程災害條件有顯著差異，不能完全反映不同地層、構造、氣液等復雜地質條件及鉆掘采空間與活動耦合的工程條件，無法研究揭示多相多場多尺度巖體動力災害的演化過程。現(xiàn)場工程試驗又很難進行全方位觀測分析，且不具有重復性。

工程巖體動力災害的很多關鍵科學技術難題和基礎性、應用基礎性問題尚未得到解決，重要原因是缺乏能夠真實反映現(xiàn)場不同地層、構造、氣液等復雜地質條件、鉆掘采空間與活動耦合工程條件、應力作用過程及其多相多場多尺度耦合演化過程，有效開展現(xiàn)場工程模擬的科學試驗裝置。

針對有重大需求，為解決深部工程領域巖體動力災害研究瓶頸難題，為研究揭示工程巖體動力災害演化過程與動力學機制、應力/形變/能量的轉移機制、響應信號和前兆特征，研究提出精準監(jiān)測預測預警技術和精準防控技術等提供科學試驗裝置，非常有必要發(fā)明一種通用型工程巖體動力學模擬試驗系統(tǒng)，可為各類沖擊地壓、巖爆、煤與瓦斯突出、突水等巖體動力災害的演化機理、前兆響應、預測預警及防控技術研究等提供科學研究試驗儀器及平臺。

發(fā)明內容

針對上述存在的技術不足，本發(fā)明的目的是提供一種工程巖體動力學模擬試驗系統(tǒng)。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案：

本發(fā)明提供一種工程巖體動力學模擬試驗系統(tǒng)，：包括主體承載模塊、動態(tài)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；