[发明专利]巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统及使用方法

说明书

本发明公开了一种巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统及使用方法，该系统包括：框架结构单元，用于分层铺设相似材料试验体；应力加载单元，用于对相似材料试验体施加不同方向的应力；钻进系统单元，包括巷道成型模具和钻进钻机，巷道成型模具设置在相似材料试验体中；监测单元，用于监测相似材料试验体内部的应力状况及钻进系统单元的钻孔参数，并生成监测数据；控制单元，分别控制应力加载单元和钻进系统单元。本发明可以获得不同钻孔卸压参数下煤岩体应力的重新分布规律，建立钻孔卸压各参数对冲击危险性巷道卸压效果的定量关系，从而实现对钻孔卸压参数的优化，对现场有着较好的指导意义。

技术领域

本发明涉及矿山开采技术领域，尤其涉及一种巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统及使用方法。

背景技术

冲击地压是国内井工煤矿开采中遇到的严重动力灾害，其具有突发性、瞬时性、巨大破坏性等特点。矿山开发过程中，冲击地压等煤矿动力灾害事故时常发生，且伴随且随着我国矿井开采深度和开采强度的增加愈演愈烈，成为深部矿井安全高效开采的一大威胁。目前，我国煤矿冲击地压局部解危所采取的措施主要包括深孔断顶爆破、钻孔卸压、断底爆破、顶板水力压裂等方法。而钻孔卸压因其具有施工工艺简单、卸压成本低、易操作、对生产影响小等优点，在现场实践过程中得到广泛应用。钻孔卸压措施是通过在巷道围岩中施工一系列钻孔，释放煤(岩)体中集聚的弹性能并给煤岩体变形提供补偿空间，使得煤(岩)体的应力状态发生变化，应力升高区转移到煤(岩)体的深部，以此来改善巷道围岩的应力环境，控制冲击地压的发生。

钻孔卸压本质是对煤岩体力学性质的改变，使得煤岩体应力重新分布从而防治冲击地压的发生，其应用最关键部分为钻孔布置参数设计，包括钻孔布置方式、钻孔间排距、钻孔深度、钻孔直径、卸压时机等。如钻孔布置过密，会出现过度卸压，破坏支护体整体性和稳定性，提高卸压成本；钻孔布置过疏，卸压不充分，会造成巷帮煤(岩)体新的应力集中，增加煤(岩)体冲击危险。然而目前关于钻孔布置参数对巷道围岩卸压效果的影响以及卸压区分布规律的研究多集中于现场实践，钻孔参数布置主要依靠现场经验和工程类比来确定，导致现场防治过程中常常出现卸压未能有效防治冲击地压或过度卸压的情况，对于钻孔卸压的理论研究滞后于其实践应用。

而相似材料模拟作为岩土工程和采矿工程研究过程的重要试验手段，近年来已经成为国内外进行重大岩体工程可行性研究不可缺少的方法之一。相似材料模拟试验是在试验室利用相似材料，依据现场柱状图和煤岩体物理力学性质，按照相似理论和相似准则，制作与现场相似的模型然后进行模拟的试验，可为现场提供决策依据。

目前国内外研发了多种相似材料试验系统，如国家发明专利“201410831360.6”公开了一种三向精确定位相似模拟巷道微型钻机，可实现相似模拟巷道钻孔作业；国家实用新型专利CN201822159225.8公开了一种实验室自动钻进易移动多功能仿真锚杆锚固试验台，可实现实验室内对模拟巷道锚杆护的锚固过程。综上可知，尽管已有多种不同类型可对相似材料试验体进行钻进设备，但其都难以对钻进参数进行很好的调控。因此，为了更好地满足现场冲击地压防治对该措施的要求，实现钻孔布置参数对巷道围岩卸压效果的影响以及卸压区分布规律的研究，现有技术有待进一步改进。

发明内容

本发明主要是针对现有技术中不同钻孔卸压参数下煤岩体应力的重新分布规律较难获得的技术问题，设计了一种可建立钻孔卸压各参数对冲击危险性巷道卸压效果定量关系的巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统及其使用方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明提供的巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统，其包括：

框架结构单元，用于分层铺设相似材料试验体；

应力加载单元，用于对所述相似材料试验体施加不同方向的应力；

钻进系统单元，包括巷道成型模具和钻进钻机，所述巷道成型模具设置在所述相似材料试验体中，所述钻进钻机可移动地设置在所述巷道成型模具中，并用于模拟不同卸压参数下的钻孔施工；