[發明專利]深地工程斷層滑移模型試驗系統及安全控制方法

有效

• 申請號: 202310369793.3
• 申請日: 2023-04-10
• 公開（公告）號: CN116087473B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 王琦;李東浩;章沖;江貝;蔣振華
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N19/00
• 代理公司: 北京中北知識產權代理有限公司 11253
• 代理人: 石銳

1.一種深地工程斷層滑移模型試驗系統，其特征在于，包括：

殼體（1），所述殼體內部設置有容置腔；

振動模擬件（3），所述振動模擬件（3）支撐于所述殼體（1）；

斷層模擬體（4），所述斷層模擬體（4）設置在所述容置腔內，所述斷層模擬體（4）包括兩個巖層模擬部（41），設置于兩個所述巖層模擬部（41）之間的裂隙帶模擬部（42）和設置于所述巖層模擬部（41）內的錨桿支護模擬棒；

壓力加載件和應力波模擬件（2），所述壓力加載件和所述應力波模擬件（2）均設置于所述殼體（1）上；所述壓力加載件包括：第一方向壓力加載部，所述第一方向壓力加載部設置于所述殼體（1）的頂壁；第二方向壓力加載部，所述第二方向壓力加載部設置于所述殼體（1）的第一側壁；第三方向壓力加載部，所述第三方向壓力加載部設置于所述殼體（1）的第二側壁；第一錘擊部（6），所述第一錘擊部用于穿過所述殼體（1）的頂壁，并沿所述第一方向作用于所述斷層模擬體（4）；落錘，所述落錘設置在所述殼體（1）外側，且與所述第一錘擊部（6）對應；第二錘擊部（7），所述第二錘擊部（7）設置在所述殼體（1）的第一側壁，用于沿所述第二方向作用于所述斷層模擬體（4）；第一擺錘，所述第一擺錘設置在所述殼體（1）外側，且與所述第二錘擊部（7）對應；第三錘擊部（8），所述第三錘擊部（8）設置在所述殼體（1）的第二側壁，且與所述第三方向壓力加載部相對應；第二擺錘（9），所述第二擺錘（9）設置在所述殼體（1）外側，且與所述第三錘擊部（8）對應；所述第一方向壓力加載部用于沿第一方向作用于所述斷層模擬體（4），所述第二方向壓力加載部用于沿第二方向作用于所述斷層模擬體（4），所述第三方向壓力加載部用于沿第三方向作用于所述斷層模擬體（4）；所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向相互垂直；

滲透壓模擬件和巷道結構模擬件，所述滲透壓模擬件和所述巷道結構模擬件均設置于所述巖層模擬部（41）內；

加熱件，所述加熱件設置于所述斷層模擬體（4）四周；

檢測裝置，用于檢測所述錨桿支護模擬棒支護范圍內的參數；

控制裝置，所述控制裝置連接并控制所述應力波模擬件（2）、所述壓力加載件、所述振動模擬件（3）、所述滲透壓模擬件、所述加熱件和所述檢測裝置，以確定所述巖層模擬部（41）的滑移距離，如果所述滑移距離大于預設距離，則根據預設的單位滑移距離能量公式，確定單位滑移距離能量；將所述單位滑移距離能量與所述預設的錨桿支護模擬棒的剪切能量兩者的比值與所述裂隙帶模擬部（42）長度的乘積作為模擬錨桿的數目，所述模擬錨桿的數目為錨桿支護方案中的錨桿數目；

確定所述滑移距離的公式為：

S=（E_P1+E_P2+W_F1+W_F2-U-E_m）/（f₁-f₂）；

其中，S為巖層模擬部（41）的滑移距離，E_P1為落錘的重力勢能，E_P2為擺錘的重力勢能，W_F1為第一方向壓力加載部的做功，W_F2為第二方向壓力加載部的做功，U為振動模擬件（3）的彈性勢能，f₁為第一方向壓力加載部的壓力在裂隙帶模擬部（42）產生的摩擦力，f₂為第二方向壓力加載部的壓力在裂隙帶模擬部（42）產生的摩擦力，E_m為錨桿支護模擬棒的剪切能量；

確定單位滑移距離能量的公式為：

E=usinθ（F₁-F₂）；

E為單位滑移距離能量，u為裂隙帶模擬部（42）的摩擦系數，θ為裂隙帶模擬部（42）的傾斜角度，F₁為第一方向壓力加載部的壓力，F₂為第二方向壓力加載部的壓力。

2.根據權利要求1所述的深地工程斷層滑移模型試驗系統，其特征在于，所述加熱件包括：

多個加載板，每個所述加載板具有夾層，所有所述加載板的夾層連通形成氣體流通結構；

氣體加熱器，所述氣體加熱器的輸氣端部與所述氣體流通結構連通，用于將熱空氣通入所述氣體流通結構；

加熱板，貼合所述加載板靠近所述斷層模擬體（4）的一側，用于對所述斷層模擬體（4）加熱。