煤矿动力灾害模拟系统与方法技术方案

本发明专利技术提供了一种煤矿动力灾害模拟系统与方法，该系统包括主体装置、动力加载装置、切顶释能装置、吸能控制装置和智能监控系统，主体装置包括模型体，模型体内设有巷道、采煤工作面、巷道顶板和采煤工作面顶板，动力加载装置包括近域冲击组件和远域冲击组件，近域冲击组件、切顶释能装置和吸能控制装置均设置于模型体的内部，远域冲击组件设置于模型体的外侧，切顶释能装置用于切断采煤工作面顶板，吸能控制装置用于支护巷道，智能监控系统用于监控动力加载装置、切顶释能装置、吸能控制装置。本发明专利技术能够实现自动化、智能化的控制与模拟，真实还原煤矿现场动力灾害发生过程。真实还原煤矿现场动力灾害发生过程。真实还原煤矿现场动力灾害发生过程。

【技术实现步骤摘要】
煤矿动力灾害模拟系统与方法


[0001]本专利技术涉及矿害室内实验
，特别涉及一种煤矿动力灾害模拟系统与方法。

技术介绍

[0002]随着煤炭资源开采深度和强度的不断增加，深部矿井受高地应力和开采扰动等因素影响，出现的冲击地压、矿震等煤矿动力灾害日益增多，煤矿动力灾害具有前兆过程短、突发性强、冲击破坏性大等特征，严重威胁矿井的生产安全。目前针对动力灾害的研究主要集中于理论分析和数值试验，现场试验开展难度大、周期长，无法有效定量控制煤矿动力灾害冲击能量，模型试验为煤矿动力灾害的模拟与控制研究提供了新的途径。目前模型试验装置模拟维度低，无法还原真实环境条件下的煤矿动力灾害类型，且支护体系装置缺乏吸能与释能控制系统，未形成完整有效的模拟与控制方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种煤矿动力灾害模拟系统，该煤矿动力灾害模拟系统能够产生强度、频率、位置、数量不同的震源，形成多个震源耦合场；可真实反映动力影响下切顶释能装置和吸能控制装置的释能、吸能控制效果，分析多个叠加震源场中围岩应力、应变的时空演化规律。本专利本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿动力灾害模拟系统，其特征在于，包括：主体装置（1），由模块化反力结构拼装组成，模拟不同相似尺寸的煤矿岩层，包括模型体（10）、设置于所述模型体（10）内的至少两个巷道（11）、位于两个所述巷道（11）之间的采煤工作面、位于所述巷道（11）上方的巷道顶板、位于采煤工作面上方的采煤工作面顶板；动力加载装置（2），包括近域冲击组件（21）和远域冲击组件（22），其中，所述近域冲击组件（21）设置于所述模型体（10）的内部，用于提供对所述模型体（10）的近域冲击，所述远域冲击组件（22）设置于所述模型体（10）的外侧，用于提供对所述模型体（10）的远域冲击；切顶释能装置（3），设置于所述模型体（10）的内部，用于切断所述采煤工作面顶板；吸能控制装置（4），设置于所述模型体（10）的内部，用于支护所述巷道（11）；智能监控系统（5），用于监控所述动力加载装置（2）、所述切顶释能装置（3）和所述吸能控制装置（4）。2.根据权利要求1所述的煤矿动力灾害模拟系统，其特征在于，所述智能监控系统（5）包括：监测组件（51），设置于所述模型体（10）的内部，用于采集所述模型体（10）内受到冲击的响应数据和所述模型体（10）内产生的应力应变数据；扫描成像装置（52），通过扫描所述模型体（10）进而得到所述模型体（10）内部破裂的时空演化模型；上位机（53），用于监控所述动力加载装置（2）、所述切顶释能装置（3）、所述吸能控制装置（4）、所述监测组件（51）和所述扫描成像装置（52），并生成监测数据。3.根据权利要求2所述的煤矿动力灾害模拟系统，其特征在于，所述监测组件（51）包括第一应变片（511）、声发射探头（512）、位移传感器、应变传感器和安装于所述应变传感器的第二应变片，其中，所述第一应变片（511）连接于所述吸能控制装置（4），用于采集所述吸能控制装置（4）的应力应变数据，所述声发射探头（512）安装于所述模型体（10）的内部，用于采集所述模型体（10）受到冲击的响应数据，所述位移传感器、所述应变传感器分别安装于所述巷道（11）外侧的所述模型体（10）上，用于监测所述巷道（11）的应力与变形数据；所述扫描成像装置（52）包括可移动支架（521）、扫描成像仪（522）和无线控制台（523），其中，所述可移动支架（521）连接于所述模型体（10）的外侧，所述扫描成像仪（522）可移动连接于所述可移动支架（521），所述上位机（53）通信连接所述无线控制台（523），所述无线控制台（523）通信连接所述可移动支架（521）、所述扫描成像仪（522），以控制所述扫描成像仪（522）对所述模型体（10）进行扫描。4.根据权利要求2所述的煤矿动力灾害模拟系统，其特征在于，所述近域冲击组件（21）包括活塞振动器（211）、微型电子雷管（212）和用于控制微型电子雷管（212）起爆的无线起爆器，其中，所述活塞振动器（211）和所述微型电子雷管（212）均安装于所述巷道（11）外侧的所述模型体（10）上，所述上位机（53）通信连接所述活塞振动器（211）和所述无线起爆器，以控制所述活塞振动器（211）、所述微型电子雷管（212）对所述模型体（10）进行冲击；所述远域冲击组件（22）包括多个气液复合缸（221）、液压泵站（222）和气体压缩机（223），其中，所述气液复合缸（221）分布于所述模型体（10）的顶部和侧面，所述液压泵站
（222）和所述气体压缩机（223）分别连通于所述气液复合缸（221），所述上位机（53）通信连接所述液压泵站（222）、所述气体压缩机（223），以控制所述气液复合缸（221）对所述模型体（10）进行冲击加载。5.根据权利要求4所述的煤矿动力灾害模拟系统，其特征在于，所述气液复合缸（221）包括：壳体（2210），固接于所述模型体（10）的外侧，内部设有分隔板（2211），其中，所述分隔板（2211）将所述壳体（2210）分成两个腔体，位于所述分隔板（2211）上方的腔体为气压腔（2212），位于所述分隔板（2211）下方的腔体为油压腔（2213），所述分隔板（2211）的中部开设有圆柱体通孔；冲击杆组件（2214），用于冲击所述模型体（10），位于所述油压腔（2213）的内部，包括冲击活塞和冲击杆，其中，所述冲击活塞套设于所述冲击杆，所述冲击活塞与所述壳体（2210）配合，所述冲击杆上部插入所述圆柱体通孔，所述冲击杆的下部穿过所述壳体（2210），对所述模型体（10）进行冲击；加载杆组件（2215），位于所述气压腔（2212）的内部，包括加载活塞和加载杆，其中，所述加载活塞套设于所述加载杆，所述加载活塞与所述壳体（2210）配合，所述加载杆下部插入所述圆柱体通孔，所述加载杆下部穿过所述圆柱体通孔并进入所述油压腔（2213），以作用于所述冲击杆的顶部，冲击所述模型体（10）；位于所述气压腔（2212）侧的所述壳体（2210）开设有第一通孔（22121）、第二通孔（22122）和第三通孔（22123），其中，所述第一通孔（22121）、所述第二通孔（22122）和所述第三通孔（22123）分别连通于所述气压腔（2212）和所述气体压缩机（223），以驱动所述加载杆组件（2215）进行上下运动，使得所述加载杆组件（2215）推进所述冲击杆组件（2214）对所述模型体（10）进行远域冲击；位于所述油压腔（2213）侧的所述壳体（2210）开设有第一进液口（22131）、第二进液口（22132）、第一出液口（22133）和第二出液口（22134），其中，所述第一进液口（22131）和所述第二进液口（22132）分别连通于所述油...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，马凤林，王业泰，高红科，江贝，薛浩杰，
申请(专利权)人：北京力岩科技有限公司，
类型：发明
国别省市：