[发明专利]一种模拟井下巷道掘进和打钻作业的静动加载实验机及方法

权利要求书

1.一种模拟巷道掘进作业的静动加载实验方法，其特征在于：包含以下步骤：

（1）利用相似准则配制成长方体试样（12）；

（2）利用静态液压伺服缸或中空滑动液压缸或动态液压伺服缸对试样（12）施加静态载荷；

（3）计算机程序控制刀具（41）运动轨迹，模拟煤矿井下巷道掘进作业，开挖矩形、圆形、拱形、梯形巷道，在试验过程中利用声发射传感器、红外传感器、电磁辐射传感器和力学传感器采集作业过程中的声电和力学信号；

（4）利用刀具（41）在试样（12）上开挖一定深度后，将刀具（41）撤出试样（12），利用微型摄像机观测巷道表面变形及破裂情况；

（5）分别在掘进和停掘过程中，由水平动态加载装置（7）、竖直动态加载装置（11）施加动态载荷，在试验过程中利用声发射传感器、红外传感器、电磁辐射传感器和力学传感器采集此时的声电和力学信号；

（6）改变动载波形形式和强度，直至试样（12）发生冲击破坏；

（7）重复步骤（1），改变长方体试样（12）的材料配比加工成长方体试样（12），重复步骤（2）、（3）、（4）、（5）、（6），采集不同物理力学性质时试样的声电和力学信号，试验研究不同煤岩物理力学性质对试样冲击破坏的影响；

（8）重复步骤（2），改变静态载荷加载形式为单向或双向或三向加载，重复步骤（3）、步骤（4）、步骤（5）、步骤（6），采集不同静态载荷加载形式时的声电和力学信号，试验研究井下不同应力环境对冲击破坏的影响；

（9）重复步骤（2），改变静态载荷加载大小，重复步骤（3）、步骤（4）、步骤（5）、步骤（6），采集不同静态载荷加载大小时的声电和力学信号，试验研究井下不同应力大小对冲击破坏的影响；

（10）重复步骤（3），改变掘进速度，重复步骤（4）、步骤（5）、步骤（6），采集不同掘进速度时的声电和力学信号，试验研究井下不同掘进速度对冲击破坏的影响。

2.一种模拟井下打钻作业的静加载实验方法，其特征在于：包含以下步骤：

（1）配制和现场煤岩等强度的长方体试样或矿井取煤岩加工成长方体试样（12）；

（2）对试样（12）施加单向或双向或三向静态载荷，模拟不同煤岩受力环境；

（3）计算机程序控制刀具（41）模拟井下钻进作业，在试验过程中利用钻速传感器（43）、扭矩传感器（44）采集钻进转速、扭矩，利用称重传感器实时采集钻进排屑量，利用声发射传感器、电磁辐射传感器采集钻进过程中的声电信号；

（4）利用刀具（41）在试样（12）上钻进一定深度后，将刀具（41）撤出试样（12），利用微型摄像机观测巷道表面变形及破裂情况；

（5）重复步骤（1），改变长方体试样（12）的材料配比或采集不同物理力学特征的煤岩加工成长方体试样（12），重复步骤（2）、（3）、（4）、（5）、（6），采集不同物理力学性质时试样的声电和力学信号，试验研究不同煤岩物理力学性质对钻进转速、扭矩、排屑量、声电信号的影响；

（6）重复步骤（2），改变静态载荷加载形式为单向或双向或三向加载，重复步骤（3）、步骤（4）、步骤（5）、步骤（6），采集不同静态载荷加载形式时转速、扭矩、排屑量、声电信号，试验研究井下不同应力环境对钻进转速、扭矩、排屑量、声电信号的影响；

（7）重复步骤（2），改变静态载荷加载强度，重复步骤（3）、步骤（4）、步骤（5）、步骤（6），采集不同静态载荷加载强度时转速、扭矩、排屑量、声电信号，试验研究井下不同应力大小对钻进转速、扭矩、排屑量、声电信号的影响；

（8）重复步骤（3），改变钻进速度，重复步骤（4）、步骤（5）、步骤（6），采集不同钻进速度时的声电和力学信号，试验研究井下不同钻进速度对钻进转速、扭矩、排屑量、声电信号的影响。