[发明专利]一种冲击地压/岩爆模拟仿真储能‑时间罐装置

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种适用于室内研究冲击地压/岩爆发生过程反演、能量定量描述及机理研究的实验装置。

背景技术

冲击地压/岩爆是岩石工程中围岩体的突然破坏，并伴随着岩体中应变能的突然释放，是一种岩石破裂过程失稳现象。这种现象包含两个核心因素，一个是煤岩体积聚大量的弹性变形势能，一个是煤岩体弹性能突然猛烈的释放，最终导致煤岩体弱势区爆裂并弹射出来。往往造成开挖工作面的严重破坏、设备损坏和人员伤亡，已成为岩石地下工程和岩石力学领域的世界性难题。

随着开采深度增加，冲击地压/岩爆动力灾害频繁发生，对现场作业人员安全和现场设备正常工作造成严重影响，并易诱发瓦斯突出等严重二次灾害，故对冲击地压/岩爆发生过程反演及机理研究及其重要。对冲击地压机理研究可从理论分析、实验研究和数值模拟三方面，首先理论方面提出各种理论包括能量理论、强度理论等，这些理论各有优缺点，但均不能包含煤岩体节理、裂隙和内部构造缺陷等。现场机理研究由于地质条件的复杂性、事故突发不可预见性、发生不可重复性和发生过程危险性等，一般只能通过事故发生后反推整个过程主控因素，由于太多不确定性因素，现场发生机理研究存在一定局限性。针对上述研究缺陷，进行实验研究机理为一条合理可行思路。

依据冲击地压/岩爆发生特点，在室内真实反演冲击地压/岩爆发生过程所需考虑问题包括，加载装置提供能量，使煤岩样能积聚大量的弹性能，以模拟冲击地压/岩爆能量积聚过程；储能体对接触煤岩样提供能量后，能保持稳定性，外部围岩能继续向内部储能体提供能量，致使破坏进一步加剧，模拟冲击地压/岩爆发生过程能量传递特点；记录煤岩样破坏瞬时所需时间，以研究冲击地压/岩爆能量释放速度对破坏形式影响。但是，目前还没有设备综合考虑到上述三个因素，故本发明针对定量描述和反演冲击地压/岩爆发生过程实验仿真起到突破性进展。

发明内容

本发明的目的是提供一种冲击地压/岩爆模拟仿真储能-时间罐装置，该装置能完成冲击地压/岩爆发生过程积聚弹性能的量化转化实验，对冲击地压/岩爆机理研究将有突破性进展，并考虑了冲击地压发生能量和时间因素特性，能记录弹性能积聚过程并记录弹性能释放所需时间。

所述冲击地压/岩爆中的“/”表示“或”的关系，所述储能-时间罐装置中的“-”表示“和”的关系。

实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种冲击地压/岩爆模拟仿真储能-时间罐装置，它包括下加载油缸、上压力传感器、下压力传感器、下储能-时间罐、下刚性弹簧、下弹簧变形记量光码器、下滚排、下内部位移回弹计时器、下柔性弹簧、煤岩试件、引伸计、下刚性压板、上储能-时间罐、长刚性杆件、短刚性杆件、45°卡盘、螺杆、上加载油缸、上位移记录器、上滚排、上刚性弹簧、上弹簧变形记量光码器、上内部位移回弹计时器、上柔性弹簧、上刚性压板、下位移记录器；

所述下储能-时间罐和上储能-时间罐的横截面均为矩形，下储能-时间罐的内周四壁均水平设有数个下滚排，所述上储能-时间罐的内周四壁均水平设有数个上滚排，下储能-时间罐内设有下刚性弹簧、下弹簧变形记量光码器、下内部位移回弹计时器及四个下柔性弹簧，所述下刚性弹簧设置在下储能-时间罐内的中部，所述四个下柔性弹簧对称设置在下刚性弹簧的外侧，下刚性弹簧以及四个下柔性弹簧的上端均与下刚性压板连接，下刚性弹簧以及四个下柔性弹簧的下端均与下储能-时间罐连接，所述下刚性压板与设置在下储能-时间罐内的下滚排接触，所述下弹簧变形记量光码器的上端与下刚性压板连接，下弹簧变形记量光码器的下端与下储能-时间罐连接，所述下内部位移回弹计时器与下弹簧变形记量光码器及下储能-时间罐连接；

上储能-时间罐内设置有上刚性弹簧、上弹簧变形记量光码器、下内部位移回弹计时器及四个上柔性弹簧，所述上刚性弹簧设置在上储能-时间罐内的中部，所述四个上柔性弹簧均布设置在上刚性弹簧的外侧，上刚性弹簧以及四个上柔性弹簧的下端均与上刚性压板连接，上刚性弹簧以及四个上柔性弹簧的上端均与上储能-时间罐连接，所述上刚性压板与设置在上储能-时间罐内的上滚排接触，所述上弹簧变形记量光码器的下端与上刚性压板连接，上弹簧变形记量光码器的上端与上储能-时间罐连接，所述上内部位移回弹计时器与上弹簧变形记量光码器及上储能-时间罐连接；