[发明专利]一种考虑顶板影响的矿井复合型灾害模拟试验系统及方法

说明书

本发明公开了一种考虑顶板影响的矿井复合型灾害模拟试验系统及方法，由动力加载模块，耐高压密封腔体模块及相应监测设备构成。试验方法如下：将制备好的粘贴有应变片的煤岩组合体试件装入耐高压密封腔体；完成其他设备的安装及调试并启动；抽真空，充气，加载并实时监测腔体气压、煤岩体各自应变及声发射特征；在试件破坏瞬间通过防爆型高速气动阀卸压，观测灾变过程中的动力显现特征并分析。本发明可对矿井复合型灾害灾变各阶段进行系统监测同时为灾变各阶段的精确分析提供数据支撑，具有重要的理论意义和工程价值，而且对于深部开采诱发的冲击地压‑煤与瓦斯突出等矿井复合动力灾害的预测预防具有积极意义。

技术领域

本发明涉及室内试验设备技术领域，尤其涉及一种考虑顶板影响的矿井复合型灾害模拟试验系统及方法。

背景技术

深部煤矿开采受高地应力、高温、高岩溶水等威胁日趋严重，高强度开采(扰动)使得一些高瓦斯矿井发生复合型煤岩动力灾害的概率显著增大，此类动力灾害兼具突出和冲击地压的部分特征，两种动力灾害互为共存、互相影响、相互复合。同时，深部复合煤岩动力灾害是一个复杂的力学过程，灾害发生过程中多种因素的相互交织，导致在事故孕育、发生、发展过程中可能互为诱因，互为强化，或产生“共振”效应，进而使得复合动力灾害的发生机理更为复杂，理论研究更为困难。

以往针对煤岩瓦斯动力灾害的研究往往仅考虑受采动影响的煤岩体及瓦斯作用，虽然一定程度考虑了顶板影响，但鉴于受力分析复杂、能量转换不清晰、研究手段有限等一直未开展有效的研究，通常将顶板影响忽略，但实际上顶板在煤-岩-瓦斯动力灾害的孕育、发展、直至激发阶段一直有能量参与，但参与能量的具体来源及量化目前尚不清晰。

基于此，为进一步弄清复合动力灾害发生机理及其能量转换机制，开展相关的试验研究不失为一种有效手段。考虑到复合动力灾害具有巨大的破坏性和危害性，现场人为诱发复合动力灾害不具可行性。因此，研发能够满足相应孕灾、致灾条件的试验装置并基于此开展系列室内试验，尝试从能量角度进行量化研究，可进一步明确灾变过程中顶板影响范围(能量来源)及顶板能量积聚、传递及释放机制，对于矿井复合型灾害的预测及防治同样具有重要现实意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种考虑顶板影响的矿井复合型灾害模拟试验系统及方法，开展顶板影响下的灾害模拟试验并对灾变各阶段参量进行系统监测。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种考虑顶板影响的矿井复合型灾害模拟试验系统，包括动力加载模块，所述动力加载模块向耐高压密封腔体模块提供动力；所述耐高压密封腔体模块包括耐高压密封腔体和底部的承压底座；所述耐高压密封腔体由三段可拼接的腔体组成，即上段部分、中段可替换部分和底段部分；

所述上段部分、中段可替换部分和底段部分顺次连接且在连接处注有密封胶；

所述中段可替换部分外表面前后对称开设有用于固定声发射探头的凹槽；

所述中段可替换部分左右开设有输入端和输出端；

所述输入端与输出端中心线连线过该连线所在的中段可替换部分的截面的中心；

所述凹槽中心线与输入端和输出端中心线在同一水平面且垂直于输入端和输出端中心线；

所述输出端直径d与耐高压密封腔体直径D比例范围为[1/4,1/6]；

所述底段部分设有引线输出端；

所述引线输出端通过玻璃烧结连接器与外界连接；

所述输入端一分为三且单独控制，分别为抽真空端、充气端及传感器连接端；

所述输出端通过防爆型高速气动阀连接透明管道，所述透明管道上部平面开设有气体压力传感器接口、温度传感器接口和气体浓度传感器接口；

所述透明管道旁架设有红外热像仪和多个分体式高速摄像机。