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原文传递巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统及使用方法

专利名称：	巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统及使用方法
摘要：	本发明公开了一种巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统及使用方法，该系统包括：框架结构单元，用于分层铺设相似材料试验体；应力加载单元，用于对相似材料试验体施加不同方向的应力；钻进系统单元，包括巷道成型模具和钻进钻机，巷道成型模具设置在相似材料试验体中；监测单元，用于监测相似材料试验体内部的应力状况及钻进系统单元的钻孔参数，并生成监测数据；控制单元，分别控制应力加载单元和钻进系统单元。本发明可以获得不同钻孔卸压参数下煤岩体应力的重新分布规律，建立钻孔卸压各参数对冲击危险性巷道卸压效果的定量关系，从而实现对钻孔卸压参数的优化，对现场有着较好的指导意义。
专利类型：	发明专利
申请人：	山东科技大学
发明人：	谭云亮;王洪磊;刘学生;宋世琳;范德源;李学斌
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T21:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T19:00:00+0805
申请号：	CN202010070255.0
公开号：	CN111175121A
代理机构：	济南金迪知识产权代理有限公司
代理人：	段毅凡
分类号：	G01N3/02;G01N3/12;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/02;G01N3/12
申请人地址：	266590 山东省青岛市经济技术开发区前湾港路579号山东科技大学
主权项：	1.一种巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统，其特征在于，其包括：框架结构单元，用于分层铺设相似材料试验体；应力加载单元，用于对所述相似材料试验体施加不同方向的应力；钻进系统单元，包括巷道成型模具和钻进钻机，所述巷道成型模具设置在所述相似材料试验体中，所述钻进钻机可移动地设置在所述巷道成型模具中，并用于模拟不同卸压参数下的钻孔施工；监测单元，用于监测相似材料试验体内部的应力状况及钻进系统单元的钻孔参数，并生成监测数据；控制单元，分别控制所述应力加载单元和钻进系统单元，且所述控制单元还用于收集所述监测数据并进行分析。 2.如权利要求1所述的巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统，其特征在于，所述框架结构单元包括由底座、左右反力墙、顶部横梁、后部反力墙、左右侧位限位板和前部反力挡板，所述底座、左右反力墙、顶部横梁、后部反力墙围合成前部开口的腔体，所述左右侧位限位板设置在所述腔体内，且位于所述底座的左右两侧，所述前部反力挡板的两端分别经螺栓与所述左右侧位限位板固定连接，所述底座的上表面设有工作台，所述相似材料试验体分层铺设在所述工作台上，且相似材料试验体位于所述左右侧位限位板、前部反力挡板和后部反力墙围合成的凹槽内部；其中，所述前部反力挡板上具有一开口，所述巷道成型模具经过所述开口穿设至所述相似材料试验体内。 3.如权利要求1所述的巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统，其特征在于，所述应力加载单元包括分别设置在所述左右反力墙、顶部横梁和后部反力墙上的左右液压油缸、竖向液压油缸和后部液压油缸，所述左右液压油缸分别穿过所述左右侧位限位板后与左右多点柔性垫层相连接，所述左右多点柔性垫层与所述相似材料试验体的左右两侧相接触；所述竖向液压油缸与所述相似材料试验体的顶部相接触，所述后部液压油缸经后部多点柔性垫层所述相似材料试验体的后部相接触。 4.如权利要求3所述的巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统，其特征在于，所述竖向液压油缸、左右液压油缸、后部液压油缸均为呈矩阵分布的多个液压油缸组合而成，矩阵分布的每个所述液压油缸可独立运动；所述竖向液压油缸包括：外缸，所述外缸的内部设有内缸，且所述外缸的下部设有吸引块；冲击导杆，两端分别与吸引块、加载板固定连接；冲击块，滑动地套设在所述冲击导杆上；加载板，连接在所述内缸的底部，与所述相似材料试验体的顶部相接触；其中，所述冲击块与吸引块内部设置磁感线圈，所述冲击块与吸引块之间通过磁场的变化驱动所述冲击块冲击所述加载板。 5.如权利要求1所述的巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统，其特征在于，所述巷道成型模具包括：框架体，由下底、左帮、上顶和右帮依次围合而成；所述左帮和右帮上均开设有钻孔和检测孔；钻机放置板，设置在所述下底的上表面，所述钻机放置板的四周边角处经升降螺纹杆与升降电机相连接，所述升降电机用于驱动所述钻机放置板靠近或远离所述下底，其中，所述钻机放置板的内部长度方向上设有导向槽；走向运动螺纹杆，设置在所述导向槽内，所述走向运动螺纹杆的一端与所述钻进钻机螺纹连接，所述走向运动螺纹杆的另一端与走向运动电机相连接；运料皮带，设置在所述钻机放置板的左右两侧。 6.如权利要求1所述的巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统，其特征在于，所述钻进钻机包括结构相同的钻进侧钻进钻机和非钻进侧钻进钻机，所述钻进侧钻进钻机包括：钻机底座，与所述走向运动螺纹杆相配合，且所述钻机底座的内部设有转轴伺服电机，所述转轴伺服电机经转轴与贯通式丝杆伺服电机相连接；定位板固定杆，连接在所述贯通式丝杆伺服电机的外表面，所述定位板固定杆的末端与丝杆定位板相连接；可接长钻杆，一端穿过所述丝杆定位板后与所述贯通式丝杆伺服电机相连接；钻头，连接在所述可接长钻杆的另一端。 7.如权利要求1所述的巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统，其特征在于，所述监测单元包括：应力监测膜，设置在相似材料试验体中；应力监测器，布置在所述左帮和右帮的检测孔内；位移监测器，设置于所述钻进钻机的内部；信号收集器，分别与所述应力监测膜、应力监测器、位移监测器和控制单元相连接。 8.如权利要求1所述的巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统，其特征在于，所述控制单元包括计算机与电液伺服控制系统。 9.一种如权利要求1-8任一所述的巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤： S1、模型设计：按照相似理论、原型条件及模拟目的，选择并确定相似比，计算并确定相似材料试验体中各模拟岩层厚度和材料配比；预设巷道成型模具的预埋位置及其钻孔和检测孔位置； S2、铺设相似材料试验体，完成后晾干；具体包括： S21、根据需要模拟的煤层厚度，加装前部反力挡板，在工作台上铺设相似材料试验体并夯实； S22、将相似材料试验体按照现场地质情况从下往上依次铺设，并在需要监测的层位铺设应力监测膜，同时，将前部反力挡板依次从下往上安装好，铺设完成后将相似材料试验体晾干； S3、对所述相似材料试验体施加应力：通过控制单元的计算机设定各个方向的补偿压力值，由控制单元的电液伺服控制系统控制应力加载单元进行加载，对相似材料试验体的前后、左右、上下方向施加应力； S4、设置钻进参数，并按照设定参数进行钻进； S5、调整钻进参数，直至完成所需的不同位置的钻进；即：另外设置钻进参数进行钻进，当钻孔高度改变时，由所述电液伺服控制系统带动升降电机，使钻机放置板通过升降螺纹杆进行高度的改变，直至完成所需的不同位置的钻进； S6、对监测单元采集的监测数据进行处理和分析。 10.如权利要求9所述的巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统的使用方法，其特征在于，所述步骤S4包括： S41、通过所述计算机预设的钻进位置，由所述电液伺服控制系统带动钻进侧钻进钻机移动到指定位置，通过转轴伺服电机旋转将贯通式丝杆伺服电机调整到设定钻进角度，启动钻进侧钻进钻机进行钻进； S42、通过位移监测器监测可接长钻杆的钻进长度； S43、当可接长钻杆剩余长度不足时，将所接钻杆加装到非钻进侧钻进钻机上，电液伺服控制系统带动非钻进侧钻进钻机移动到指定位置，从钻进侧钻进钻机后部进行可接长钻杆的接长； S44、钻进过程中产生的碎屑，通过设置在钻机放置板两侧的运料皮带排出； S45、钻进到指定深度后，停止钻进侧钻进钻机的钻进。
所属类别：	发明专利