[发明专利]巷道保压掘进过程多应变率扰动致突模拟试验系统与方法有效
申请号: | 202011467105.X | 申请日: | 2020-12-14 |
公开(公告)号: | CN112763581B | 公开(公告)日: | 2022-04-08 |
发明(设计)人: | 王汉鹏;袁亮;王伟;张冰;王粟;章冲;王鹏;郑瑞阶 | 申请(专利权)人: | 山东大学;安徽理工大学 |
主分类号: | G01N29/14 | 分类号: | G01N29/14 |
代理公司: | 济南圣达知识产权代理有限公司 37221 | 代理人: | 李圣梅 |
地址: | 250061 山东*** | 国省代码: | 山东;37 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 巷道 掘进 过程 应变 扰动 模拟 试验 系统 方法 | ||
本公开提出了巷道保压掘进过程多应变率扰动致突模拟试验系统及方法,包括:反力密封系统,其所形成的高压气体密封空间内布置有试验模型,被配置为提供加载的反力,并对试验模型高压气体充填保压及真三维地应力加载条件下巷道掘进;反力密封系统作为试验系统的主体结构,分别安装有动静复合加载油缸、动载施加系统及声发射监测系统;动静复合加载油缸,被配置为实现试验模型表面真三维多应变率动静荷载耦合施加及煤岩弹性能快速释放模拟;动载施加系统,被配置为将多应变率扰动荷载定量施加于所述动静复合加载油缸;本公开技术方案可在实现试验模型高气压充填和地应力加载的条件下同时实现巷道保压掘进和多应变率动静耦合加载。
技术领域
本公开属于矿业工程安全技术领域,尤其涉及煤与瓦斯突出物理模拟试验中充气保压条件下巷道掘进过程多应变率动载扰动致突模拟试验系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息,不必然构成在先技术。
煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯压力和煤的物理力学性质共同作用的结果,但各因素的作用机制尚处于探索研究阶段。研究煤与瓦斯突出机理的主要手段有理论分析、模拟试验、数值模拟和现场监测,因煤与瓦斯突出过程中多因素耦合作用机制及力学模型尚不明确,导致理论和数值计算停滞不前,现场监测信息较单一且又很难支撑科学研究,所以物理模拟试验是目前研究煤与瓦斯突出的主流手段。
目前,针对煤与瓦斯突出模拟试验装置已开展大量的研究工作,研制了一系列模拟试验装置,主要研究现状如下:
(1)专利号为CN201110187459的中国专利发明公开了一种构造煤卸压突出模拟实验装置,可用于模拟在顶板断裂的力学条件下,深部扰动卸压导致的煤与瓦斯突出过程,并对相关的瓦斯压力参数进行测定。使用时可调整压制煤样的煤粉粒径参数、气体加载压力、煤样的压制厚度、煤样的压制力以及不同的扰动力获得不同的试验结果。
(2)专利号为CN201410398007的中国专利发明公开了一种动力扰动诱导煤与瓦斯突出模拟实验装置及实验方法,解决了现有技术诱导煤与瓦斯突出模拟实验装置没有考虑远场集中动荷载的扰动和复杂地质条件导致实验结果不准确,不能有效预防和治理瓦斯等问题。
(3)专利号为CN201910281860的中国专利发明公开了一种动静荷载作用下金属骨架加固煤与瓦斯突出模拟试验方法,能实现煤岩体多种应力波的加载,相比传统的落锤与霍普金森杆两种动荷载施加方式,施加冲击载荷试验方法更加灵活,应力条件更加多样,结合含断层煤系岩层相似模型制备,以更好地模拟复杂应力条件下的含断层煤系岩层体力学特性。
综合分析,上述物理模拟试验装置还存在以下不足之处:
(1)无法在高压气体充填及地应力加载条件下同时实现多应变率动静耦合加载及巷道掘进揭煤;
(2)只是能实现某一种动态荷载的施加,无法实现多种动态荷载定量自动化施加,试验功能相对单一;
(3)现场实际工程中,地下工程表面围岩破坏后,深部弹性区围岩会迅速释放弹性能,促进突出过程。现有试验装置无法实现弹性能快速释放模拟;
(4)声发射数据作为分析岩石材料破裂损伤的重要参量,对分析突出机理具有重要意义,但现有试验装置受限于高气压恶劣环境和气密封要求,无法进行声发射信号三维高精度获取。
发明内容
为克服上述现有技术的不足,本公开提供了巷道保压掘进过程多应变率扰动致突模拟试验系统,能够实现高压气体充填及地应力加载条件下多应变率动静荷载耦合施加、动态扰动荷载定量控制、弹性能释放模拟及声发射信号高精度获取。
为实现上述目的,本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案:
第一方面,公开了巷道保压掘进过程多应变率扰动致突模拟试验系统,包括:
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