[实用新型]深埋隧洞冲击地压模拟试验系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及深部煤矿冲击地压发生规律的研究，特别是涉及一种深埋隧洞冲击地压模拟试验系统。

背景技术

冲击地压是指在煤矿井巷或回采工作面周围，处于高地应力条件下的煤岩体受到顶板断裂或爆破扰动发生破坏，并在破坏过程中受到围岩的进一步快速挤压作用，瞬时释放巨大能量而产生破坏的矿井动力现象。常伴随有巨大的声响、煤岩体被抛向采掘空间和气浪等现象，造成采掘空间中支护设备的破坏以及采掘空间的变形，严重时造成人员伤亡和井巷的毁坏，甚至引起地表塌陷而造成局部地震。

冲击地压是采矿业面临的一个重要问题，严重影响着矿井的安全生产，尤其是在深部开采过程中，煤岩体处于高应力条件下，受到采场上覆岩层断裂扰动，很容易发生冲击地压灾害。研究冲击地压发生规律，不仅要通过理论分析，更要通过室内模拟实验来探索其本质规律。

根据现场观测和理论分析认为，为了在室内模拟冲击地压现象，需满足如下三个必要条件：                                                通过加载，使煤岩体处于高应力状态下；对高应力条件下的煤岩体施加冲击荷载，以模拟采空区覆岩断裂导致的应力波对巷道的冲击；在煤岩体破坏的过程中迅速进行补充加载，即补充能量，以模拟外部围岩对煤岩体的进一步挤压做功。但是，目前还没有设备能够同时满足上述三个条件，实验室模拟成为冲击地压的研究的瓶颈。

发明内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种可以使试件在高应力条件下承受冲击荷载，并在试件破坏过程中迅速补充能量，进行大比例尺模型试验的深埋隧洞冲击地压模拟试验系统。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种深埋隧洞冲击地压模拟试验系统，其特征在于，包括试件加载盒、类梯形试件、加载油缸、液压泵站、底座、反力钢绞线、门式框架、冲击重块和提升装置；

所述的试件加载盒，包括U型槽、三棱柱垫块、加载垫块、侧挡板；U型槽为整体结构，包括底板和两个侧壁；三棱柱垫块两个直角面分别与U型槽的底板和侧壁内表面接触，其斜面倾角与类梯形试件两个斜面倾角匹配；加载垫块下表面为圆弧形与类梯形试件上表面接触，其上半部分向两侧延伸，并在两侧设有竖直通孔以便固定反力钢绞线；侧挡板固定在U型槽的前后两侧，其作用在于防止类梯形试件发生轴向变形，以满足平面应变状态的要求；

所述的类梯形试件，上下表面为同轴圆弧面，左右侧面的延伸线通过上述圆弧面的轴线，前后侧面垂直于水平面，左右侧面与三棱柱垫块斜面接触，前后侧面与侧挡板内表面接触，四个侧面均涂有润滑材料，以减小其受到的剪应力；

所述的加载油缸，一端支撑在底座上，另一端对试件加载盒施加压力；所述的液压泵站与加载油缸相连，为其提供油压；

所述的反力钢绞线，共有两排，其中任意一条的一端固定在底座上，另一端通过卡具固定在试件加载盒的加载垫块上；

所述的冲击重块，用于对岩样试件施加冲击荷载，其重量和高度均可调节，其轴心与加载垫块中心在同一条竖直线上；

所述的提升装置，固定在门式框架上，用于提起和释放冲击重块。

本实用新型还可以包括荷载和位移测量单元，如应力传感器和LVDT变位计，用于测量试件在实验过程中所受荷载和上下边界发生的位移，并将测量结果传送到伺服控制单元。

本实用新型还可以包括伺服控制单元，根据用户指令和所述荷载和位移测控单元测量结果控制加载油缸荷载和位移。

本实用新型还可以包括导向测量装置，固定在门式框架上，其表面标有刻度，用于测量冲击重块的高度，并且防止冲击重块下落时发生偏斜。

本实用新型还包括支撑导轨，固定在底座上，其作用是在实验前托住试件加载盒，在实验过程中防止试件加载盒发生偏斜。

本实用新型还可以包括防护装置，用于防止冲击重块倾倒或岩样试件崩解时可能造成的危险。

本实用新型的试验方法是：

1）制作类梯形试件，将其放入试件加载盒，将试件加载盒安装就位，固定反力钢绞线；

2）通过加载油缸对试件加载盒加载，使试件达到要求的应力状态，然后保持；

3）调整冲击重块的高度和重量，然后释放冲击重块，对试件加载盒进行冲击；

4）提起冲击重块，卸去加载油缸压力，卸下反力钢绞线，卸开试件加载盒，取出试件，记录分析试件的破坏情况。

本实用新型的原理是：