[发明专利]动静荷载作用下金属骨架加固煤与瓦斯突出模拟试验方法

权利要求书

1.一种动静荷载作用下金属骨架加固煤与瓦斯突出模拟试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)试验相似材料的制备；

(a)确定研究对象的煤层、顶板、底板划分情况，进行各煤、岩层的物理力学性质测量；进一步根据试验方案确定相似模型实验的相似比；

(b)选择河沙、水泥及石膏作为相似模型材料，按照几何相似比、应力相似比、质量相似比计算出各层相似材料所需质量；将河沙、水泥及石膏按一定比例混合均匀，加入适量水进一步搅拌均匀后制成各煤、岩层的相似模型材料；

(c)将铝丝或其他金属丝切割成段，用于模拟向煤层打孔后放入的金属骨架；

(2)金属骨架加固煤与瓦斯的相似模型制备，在相似模型中埋设应力传感器、温度传感器、声发射传感器，并与数据采集系统连接；

(a)将制备的底板相似模型材料按研究对象的岩层划分情况放入试件箱中，并压实；

(b)将制备的煤层相似材料按研究对象的煤层划分情况放入试件箱中并压实，同时在铺设煤层相似材料的过程中，将金属丝横置在煤层相似材料中；

(c)将制备的顶板相似材料按研究对象的煤层划分情况放入试件箱中，并压实；

(3)试件箱的安装；

将伺服液压油缸收回，将反力框架翻转90°，使之呈水平布置，以方便后续将试件箱放入反力框架的预定位置；反力框架水平布置后，拆除反力框架的上横梁；将试件箱翻转90°，与安装在反力框架上的液压油缸位置对应；通过单轨电动葫芦吊装试件箱，将其安放在反力框架内的预定位置；安装好拆除的上横梁，将反力框架反方向翻转90°，使反力框架与试件箱一同恢复原位；

(4)将压头与试件箱接触，检查传感器连线是否正常，准备进行试验；

(5)进行二维动静组合加载相似模拟试验并采集数据；

其中，所述反力框架是由左立柱、右立柱、上横梁、下横梁围成的封闭固定框架结构，反力框架的左右两侧各配备有一个支撑架，反力框架能在减速电机的驱动下绕自身的安装轴线翻转90°，上横梁上安装有压头向下的伺服液压油缸，左立柱上安装有压头向右的伺服液压油缸，右立柱、下横梁上分别安装有支撑块，伺服液压油缸和支撑块共同将反力框架内的试件箱夹持住；每个压头配备有一个穿过试件箱的活塞，用于与试件箱内的压板相连；

所述试件箱包括箱体和箱盖，箱体底部下方内置气体充填管路，并通过铺设在箱体底部的泡沫金属层向箱体内均匀充气，所述箱体的侧壁上还开设有突出口和传感器接线孔，所述突出口外安装有泄压装置，所述传感器接线孔内安装有传感器转换接头。

2.按照权利要求1所述的动静荷载作用下金属骨架加固煤与瓦斯突出模拟试验方法，其特征在于，所述步骤(5)中先进行静载加载，再进行动荷载加载及数据采集，以上下方向为Z向，左右方向为X向，前后方向为Y向；

静载加载：

(a)同时加载Z向和X向至a千牛，a为自然数；

(b)保持载荷t分钟，t为自然数；

(c)同时加载Z向竖直压力和X向水平压力至2a千牛；

(d)重复步骤(a)～(c)直到双向加载压力达到预定值，步骤(a)～(d)中，加载速率恒定；

动荷载加载及数据采集：

(a)X向施加水平动荷载，包括设置动荷载振幅；设置动荷载频率；设置动荷载循环次数；开始施加动荷载并观测记录数据；

(b)Z向施加垂直动荷载，包括设置动荷载振幅；设置动荷载频率；设置动荷载循环次数；开始施加动荷载并观测记录数据；

(c)X向施加水平动荷载，Z向施加垂直动荷载，包括设置动荷载振幅；设置动荷载频率；设置动荷载循环次数；开始施加动荷载并观测记录数据；

在(a)～(c)中，动荷载数据采集系统采集压头处的应力、位移数据，预先埋设在试件箱中的应力传感器、温度传感器采集煤岩体内部的应力数据，利用高速摄像机拍摄突出过程，并结合声发射装置研究煤与瓦斯突出过程中的声发射现象发展规律。