[发明专利]一种巷道掘进冲击地压动力灾害实验方法和装置

权利要求书

1.一种巷道掘进冲击地压动力灾害实验方法，其特征在于：包括正常地质条件下巷道掘进和异常地质条件下巷道掘进冲击地压动力灾害实验方法，所述的正常地质条件下巷道掘进冲击地压动力灾害实验方法包括以下步骤：

（1）配制试样；根据煤矿井下掘进工作面煤岩层结构及其物理力学性质、实际和实验室模拟掘进的巷道尺寸，利用相似准则完成正常层状结构煤岩试样的配制；

（2）对试样施加静态载荷，模拟煤矿井下掘进工作面周边岩体实际受力环境；

（3）通过计算机程序控制刀具空间运动轨迹，在试样内部模拟煤矿井下生产班时巷道的掘进作业，巷道形状为拱形、正方形、梯形之一；在掘进过程中利用声发射传感器、电磁辐射传感器和力学传感器采集掘进过程中的声电和力学信号；

（4）模拟掘进完成一定距离后，将刀具撤出试样，利用声发射传感器、电磁辐射传感器和力学传感器采集试样停掘过程中试验应力调整而反馈出的声电和力学信号，利用微型摄像机观测巷道表面变形及破裂情况；

（5）分别在步骤（2）和步骤（3）中，施加动载荷，由计算机控制动态加载波形特征、施加时间参数，加载波形包括：正弦波、半正弦波、三角波、半三角波、方波、半方波、斜波之一；或读取矿井采集的矿震波形文件加载；

（6）改变动载波形形式和强度，直至试样发生冲击破坏，得到巷道冲击破坏的条件准则；

（7）重复步骤（2），改变载荷加载形式为单向、双向或三向、改变静态载荷强度，重复步骤（3）、（4）、（5）、（6），研究不同应力条件对掘进冲击地压发生的影响规律；

（8）重复步骤（3），改变步骤（3）中的开挖速度，重复步骤（4）、（5）、（6），获得不同开挖速度对掘进冲击地压发生的影响规律；

所述的异常地质条件下巷道掘进冲击地压动力灾害实验方法包括以下步骤；

首先配制试样；根据煤矿井下掘进工作面煤岩层结构及其物理力学性质、异常地质构造、实际和实验室模拟掘进的巷道尺寸，利用相似准则配制煤岩层厚度变化的试样、有断层的煤岩结构试样、有岩浆侵入的煤岩结构试样、有褶曲的煤岩结构试样；

其次，重复步骤（2）至步骤（8）；

第三，将步骤（2）至步骤（8）所得到的声电和应力信号与正常地质条件下得到的信号进行对比分析，得到不同地质赋存环境对冲击地压发生的影响规律。

2.一种权利要求1所述实验方法使用的巷道掘进冲击地压动力灾害实验装置，其特征是包括三向加载反力架模块（11）、动载荷施加模块（13）、数控掘进机（14）和静态液压缸（15）；试样（17）位于反力架模块（11）的中心，数控掘进机（14）和静态液压缸（15）对称设置在试样的X向两侧，动载荷施加模块（13）与另一静态液压缸（15）对称设置在试样（17）的Y向两侧，在试样（17）的上方、反力架模块（11）上Z向方向安装有动态液压缸（13-1），动态液压缸（13-1）可同时作为静态液压缸使用，它与试样（17）下部的底座对称设置；所述的反力架模块（11）以试样为中心，在X、Y、Z三向的每个方向上各配置有一个静态液压缸（15）和一个反力加载板（16）、一个动态液压缸（13-1）和一个中空液压缸（13-2）、一反力架（19）和一个动态液压缸（13-1），液压缸受控于液压伺服控制系统（12）。

3.根据权利要求2所述的巷道掘进冲击地压动力灾害实验装置，其特征是所述的动载荷施加模块（13）包括低应变率加载模块和中高应变率加载模块；所述低应变率加载模块是由动态液压缸（13-1）加以实现；所述中高应变率加载模块是由中空液压缸（13-2）加以实现，中空液压缸（13-2）的中间放置冲击杆（13-3），外部利用霍普金森冲击机（13-4）或摆锤冲击机（13-5）击打冲击杆（13-3），冲击杆（13-3）将动载荷传递给试样（17）。

4.根据权利要求2所述的巷道掘进冲击地压动力灾害实验装置，其特征是所述的所述数控掘进机（14）前部有刀具，刀具连接有进给装置（14-3），进给装置（14-3）安装在水平移动装置（14-2）上，水平移动装置（14-2）安装在升降装置（14-1）上，数控掘进机（14）由计算机程序控制运动轨迹，利用刀具切割试样，模拟矿山掘进作业。