[发明专利]冲击力可控式冲击矿压巷道支护物理模拟冲击试验方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿山支护技术，尤其是一种矿山支护模拟试验技术，具体地说是一种冲击力可控式冲击矿压巷道支护物理模拟冲击试验方法及装置。

背景技术

随着我国矿井开采进入深部，冲击矿压发生的频次和烈度都在逐渐增大，频繁出现巷道因动力破坏而伤亡人员的事故发生，严重制约着煤炭资源的安全高效开。冲击矿压巷道的支护问题是冲击矿压研究的主要内容之一，是一项关系深部煤炭资源安全高效开采的重要课题。

冲击矿压发生时，首先是支护构件连同巷道周边围岩在冲击载荷下整体挤向巷道自由空间，为内部岩体提供连续变形破坏的空间。巷道围岩在瞬间由外到内连续向二向和单向应力转变，内部岩体平衡状态被打破，引发连续破坏失稳，岩体积聚的大量变形能将持续转变为动力破坏所需的能量。造成破坏烈度剧烈的冲击矿压灾害。

目前有关冲击矿压巷道支护的物理模拟方法是通过爆破施加冲击载荷，但这种方式施加的冲击载荷无法定量化，难以准确、重复模拟冲击矿压发生时对巷道周边围岩和支护系统的破坏过程，不能够有效试验巷道支护系统防冲设计的合理性。

发明内容

本发明的目的是针对现有的矿山巷道模拟试验中利用爆破产生的冲击力模拟冲击载荷对巷道支护的破坏作用造成爆破力不可控，试验参数难以准确掌握，难以准确、重复模拟冲击矿压发生时对巷道周边围岩和支护系统的破坏过程，不能够有效试验巷道支护系统防冲设计的合理性的问题，发明一种冲击力可控式冲击矿压巷道支护物理模拟冲击试验方法，同时提供一种相应的试验装置。

本发明的技术方案之一是：

一种冲击力可控式冲击矿压巷道支护物理模拟冲击试验方法，其特征是它包括以下步骤：

    首先，在巷道物理模型42中预埋一套筒34，并使套筒的预埋角度与设定的试验载荷作用方向匹配；

其次，在所述的套筒34中安装一滑杆33，滑杆33的一端与巷道模型被冲击部位相对或相接触，另一端伸出套筒34外；

第三，将巷道物理模型42安装在试验架41上，在试验架41的一侧安装一冲击加载机，调整冲击加载机的施力方向，使之与滑杆33的轴线相一致；

第四，在试验架41的上部安装施力装置44，从上向下给巷道物理模型42施加向下的压力，同时通过冲击加载机向滑杆33伸出套筒34外的一端施加一设定的可控冲击力，该冲击力经滑杆位于套筒34中的滑杆尾部35作用于物理模型中，在物理模型内部的滑杆尾部使模型产生宏观破裂，推动巷道周边围岩连同支护系统挤向巷道自由空间；

第五，通过传感设备测量并记录冲击加载机的冲击力对巷道支护的影响供分析计算；

    重复第一至第五步的内容可测得不同冲击载荷及冲击角度对巷道物理模型的影响。

所述的冲击加载机为纯机械式、电磁式或气动式冲击设备。

所述的施力装置44为液压施力装置。

本发明的技术方案之二是：

一种冲击力可控式冲击矿压巷道支护物理模拟冲击试验装置，它包括安装巷道物理模型42的试验架41，该试验架41的上部安装有向巷道物理模型42施加垂直向下载荷的施力装置44，其特征是所述的巷道物理模型42中预埋有套筒34，套筒34中安装有用于将冲击力传递到巷道物理模型42中的滑杆33，滑杆33的一端伸出套筒34外与冲击加载机的冲击力作用件相对；所述的冲击加载机安装在一倾角可调的底座11上以便调整冲击力作用件的施力角度使之与滑杆的轴线方向保持一致，底座11安装在一升降平台21上，以保证冲击力作用件的中心高度与滑杆的中心轴线高度相匹配。

  所述的冲击加载机为机械式、电磁式或气动式冲击加载机。

所述的机械式冲击加载机为摆锤式冲击加载机。

所述的施力装置44为液压施力装置。

本发明的有益效果：

本发明通过冲击加载机施加冲击载荷在物理模型内部的滑杆尾部，使模型产生宏观破裂，推动巷道周边围岩连同支护系统挤向巷道自由空间，这真实模拟了冲击矿压使岩体内部产生宏观破裂时，对巷道周边围岩和支护系统破坏过程，通过冲击加载机的升降、倾斜调节，可方便模拟宏观破裂发生在巷道周边不同位置的破坏过程，可有效试验巷道支护系统防冲设计的合理性。

本发明可广泛应用用于模拟冲击矿压使岩体内部产生宏观破裂时，对巷道周边围岩和支护系统破坏过程，通过冲击加载机的升降、倾斜调节，可方便模拟宏观破裂发生在巷道周边不同位置的破坏过程，可有效试验巷道支护系统防冲设计的合理性。