[发明专利]可实现石门巷道掘进诱导煤与瓦斯突出的定量模拟试验系统及方法

权利要求书

1.一种可实现石门巷道掘进诱导煤与瓦斯突出的定量模拟试验系统，其特征是：包括模型反力与空间密封单元、高地应力梯度加载智能控制单元、大流量高压瓦斯气体充填加载单元、巷道微型掘进与高速记录单元和多物理场信息获取单元，其中：

所述模型反力与空间密封单元为模型加载提供反力支撑和气体密封；

所述高地应力梯度加载智能控制单元，被配置为对模型材料的真三维高地应力柔性梯度加载及精确控制；

所述大流量高压瓦斯气体充填加载单元，被配置为采用面式充填技术与智能伺服气体保压技术，对试验煤层进行大流量瓦斯源连续保压充填，以实现煤层高压瓦斯赋存定量模拟；

所述巷道微型掘进与高速记录单元，包括耦合的高速摄像机与模型巷道微型掘进机，被配置为进行模型巷道定量控制掘进与突出过程捕捉，满足巷道可视化掘进模拟和突出瞬态过程记录；

所述多物理场信息获取单元包括频率可调的光纤类采集仪、传感器和采集单元，采集煤与瓦斯的变化过程中应力场、瓦斯压力场和温度场的实时采集，实现煤与瓦斯突出定量模拟；

所述大流量高压瓦斯气体充填加载单元，包括面式充气板、大流量高压储气瓶、增压装置、真空泵、气体加载控制台及气体加载控制系统，真空泵和大流量高压储气瓶通过高压软管分别与面式充气板联通，所述的增压装置有进气端口和出气端口，其进气端口与瓦斯气体联通，出气端口与气体加载控制台连接；所述的气体加载控制台内有压力传感器，将增压装置增压后的气体通过高压软管注入大流量高压储气瓶；所述的面式充气装置安装在模型反力与空间密封单元的柔性密封箱体内，由带有凹槽的钢板和千目钢丝网通过螺栓连接组合而成，防止与煤层直接接触，实现对煤层的均匀气体充填。

2.如权利要求1所述的一种可实现石门巷道掘进诱导煤与瓦斯突出的定量模拟试验系统，其特征是：所述模型反力与空间密封单元，包括模型反力结构与柔性密封箱体，模型反力结构为模型材料的三维应力加载提供反作用力，柔性密封箱体为弹性材质的矩形带盖箱体，实现密封环境下的煤与瓦斯气固耦合。

3.如权利要求1所述的一种可实现石门巷道掘进诱导煤与瓦斯突出的定量模拟试验系统，其特征是：

所述模型反力结构包括反力框架、导力框和推力器，所述反力框架构成模型材料的反力闭合空间，反力框架内部嵌设有液压油缸，推力器穿过反力框架与液压油缸连接，并安装导力框对推力器的伸缩起到导向作用；

或，所述反力框架包括多个拼接连接的单榀门式反力框架，按照位置不同分为顶梁、侧梁、底梁、三角梁及前后反力框架，顶梁、侧梁和底梁构成单榀门式反力框架并由三角梁加固，再通过高强螺栓拼接成多榀装配体，与前后反力框架共同构成模型材料的反力闭合空间。

4.如权利要求1所述的一种可实现石门巷道掘进诱导煤与瓦斯突出的定量模拟试验系统，其特征是：所述高地应力梯度加载智能控制单元包括液压加载系统和智能控制系统，分别控制液压站和分路控制单元，实时采集各分路的压力实现智能调压控制，同时控制水平方向和竖直方向上的各个分路，实现对试验模型体真三维高精度梯度加载。

5.如权利要求1所述的一种可实现石门巷道掘进诱导煤与瓦斯突出的定量模拟试验系统，其特征是：所述巷道微型掘进与高速记录单元包括主体为框架结构的模型巷道微型掘进系统，包括掘进杆、电机、支撑底座和刀盘，掘进杆一端与电机连接，另一端安装刀盘，支撑底座可人工调节高度实现不同高度和角度的开挖掘进。

6.如权利要求1所述的一种可实现石门巷道掘进诱导煤与瓦斯突出的定量模拟试验系统，其特征是：所述巷道微型掘进与高速记录单元设置有控制器，以控制掘进速率与刀盘转数，实现模型巷道定量控制掘进，安装固定于在掘进杆上的高速摄像机与掘进机耦合集成，对突出过程进行全程捕捉，满足巷道可视化掘进模拟和突出瞬态过程记录。