[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

说明书

一种巷道掘进冲击地压动力灾害实验方法及装置，其特征在于所述的实验方法包括模拟正常地质条件下巷道掘进的实验和模拟异常地质条件下巷道掘进的实验；它们均包括（1）配制试样；（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运动轨迹模拟掘进，采集试样掘进过程中反馈出的声电和力学信号；（4）将刀具撤出试样，采集试样停掘过程中反馈出的声电和力学信号；（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；（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等步骤。本发明能为煤矿巷道掘进冲击地压的预警与防治提供理论参考与科学对策。

技术领域

本发明涉及一种矿山巷道技术，尤其是一种矿山巷道掘进试验技术，具体地说是一种巷道掘进冲击地压动力灾害实验方法及装置。

背景技术

冲击地压是煤矿巷道围岩由于弹性变形能的瞬时释放而产生的突然、剧烈破坏的动力现象。

目前，巷道掘进时冲击地压发生的机理还不清楚，缺乏针对性危险性监测、预警与防治基础理论。试验研究是揭示煤巷掘进冲击地压机理的重要研究手段。然而，配置不同地质条件下的煤岩层结构试样，并对试样分别施加单向、双向、三向静载荷，模拟井下工程岩体受力环境，同时实验室模拟掘进作业，并施加动载扰动，系统研究掘进过程中煤岩体动态调整的应力在复合矿震、顶板破断等动载时，煤岩体应力、能量演变及冲击破坏的规律，揭示掘进巷道冲击地压灾害发生机理及其内在孕育机制等内容的试验研究还不多见，其原因是缺乏相应的试验方法和设备。

利用巷道掘进冲击地压动力灾害实验方法和装置，可以获得冲击地压灾害演化过程与动力学机制、响应信号和前兆特征，确定地质赋存环境对冲击地压发生的影响规律，揭示巷道掘进冲击地压机理，为巷道掘进冲击地压的监测和防范解危提供理论依据。

发明内容

本发明的目的是针对现有的实验装置不能有效模拟巷道掘进过程中的真实受力情况，尤其是无法模拟掘进过程对安全性的影响的问题，发明一种巷道掘进冲击地压动力灾害实验方法，同时提供一种相应的实验装置。

本发明的技术方案之一是：

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、双向和三向、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；