[发明专利]多场耦合矿井智能开采模型试验系统

说明书

本发明公开了一种多场耦合矿井智能开采模型试验系统，组合式密封反力装置包括组合式框架，组合式框架前后两侧均设置反力墙模块；高精度实时同步监测系统正对组合式密封反力装置前侧设置，以对试验过程的图像进行采集；动静组合高精度液压控制系统包括设置于组合式框架顶部和两侧部的多个边界储能油缸，边界储能油缸与液压泵站连接，液压泵站与控制器连接；智能倾斜岩层模拟装置设置于组合式密封反力装置底部并可将组合式密封反力装置顶起使其倾斜；自动采煤及巷道仿形掘进系统设置于组合式密封反力装置后侧，对巷道掘进和采煤进行模拟；切缝模拟装置位于模型体内部，对切缝进行真实模拟。

技术领域

本公开属于矿山开采模型试验技术领域，具体涉及一种多场耦合矿井智能开采模型试验系统。

背景技术

近年来，随着浅部资源的逐渐枯竭，煤炭开采不断向深部发展。开挖深度的不断增加，使巷道常面临高地应力、高渗透压、极软岩、断层破碎带等不良地质条件，极易导致深部巷道在施工过程中灾害频发，发生顶板冒落、大变形、底臌、突水突泥等具有隐蔽性以及突发性的安全事故，造成重大安全事故和经济损失。为保障煤矿安全生产，提高煤矿经济效益，需要从根本上认识深部巷道的变形破坏机理，提出合理的控制方法与支护对策。面对深部巷道，采用理论分析、数值模拟和现场实测等方法进行研究均存在一定的局限性，即数值模拟存在模型简化、输入参数不精确等问题，难以准确反映工程实际；现场实测只有在工作面回采过程中进行，投入较大，周期长、见效慢，且大量的监测仪器是在滞后工作面一定距离安装的，往往无法监测和记录到围岩全过程变形；传统的理论分析也仅能处理理想化的模型。力学模型试验能够弥补理论分析、数值模拟和现场实测的不足，模拟不同地质条件和开采条件下的巷道围岩变形特征。要开展复杂条件下矿井开采力学模型试验就必须要有相应的力学模型试验系统。但目前，国内外力学模型试验系统存在以下问题：

(1)国内外模型试验系统，大多采用均质材料，较少考虑模拟倾斜岩层的影响。

(2)国内外模型试验系统，多为人工开挖，难以模拟不同形状和尺寸巷道的自动开挖以及工作面的自动回采过程。

(3)国内外模型试验系统，大多只能模拟一种到两种复杂地质条件，无法同时模拟高地应力、高渗流场、倾斜岩层、冲击地压、煤与瓦斯突出等因素共同作用下的矿井开采过程。

发明内容

本公开目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种多场耦合矿井智能开采模型试验系统；该试验系统可模拟矿山工程领域的各种复杂地质条件下矿井开采情况，实现一机多用，能够实现多场耦合的模型试验的要求。

本公开的发明目的是提出一种多场耦合矿井智能开采模型试验系统，为实现上述目的，本公开采用下述技术方案：

多场耦合矿井智能开采模型试验系统，包括组合式密封反力装置、高精度实时同步监测系统、动静组合高精度液压控制系统、智能倾斜岩层模拟装置、自动采煤及巷道仿形掘进系统、切缝模拟装置；

所述组合式密封反力装置作为模型试验的加载反力装置，并容纳模型体及高压气体等，其包括组合式框架，组合式框架前后两侧均设置反力墙模块；

所述高精度实时同步监测系统用于自动精确的采集、分析试验过程中的各项数据，其正对组合式密封反力装置前侧设置，以对试验过程的图像进行采集；

所述动静组合高精度液压控制系统利用控制软件通过独立油路按力或位移伺服施加静载和动载，其包括设置于组合式框架顶部和两侧部的多个边界储能油缸，边界储能油缸与液压泵站连接，液压泵站与控制器连接；

所述智能倾斜岩层模拟装置用于模拟含倾斜岩层的地质构造，其设置于组合式密封反力装置底部并可将组合式密封反力装置顶起使其倾斜；

所述自动采煤及巷道仿形掘进系统用于自动开挖巷道及工作面回采，其设置于组合式密封反力装置内部，对巷道掘进和采煤进行模拟；

所述切缝模拟装置预先埋置于模型体内部，可对切缝进行真实模拟。