專利名稱：多場(chǎng)耦合煤礦動(dòng)力災(zāi)害大型模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模擬多場(chǎng)耦合作用機(jī)制下煤礦動(dòng)カ災(zāi)害過(guò)程的試驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
煤礦動(dòng)カ災(zāi)害是煤礦開(kāi)采過(guò)程 中，在高應(yīng)カ狀態(tài)下積聚有大量彈性能的煤或巖體，在一定的條件下突然發(fā)生破壞、冒落或拋出，使能量突然釋放，呈現(xiàn)聲響、震動(dòng)以及氣浪等明顯動(dòng)カ效應(yīng)的極其復(fù)雜的動(dòng)カ現(xiàn)象，它主要有煤與瓦斯突出、沖擊地壓和大面積冒頂三種主要形式，嚴(yán)重威脅煤礦的安全生產(chǎn)和礦エ生命安全。動(dòng)カ災(zāi)害的發(fā)生是難以預(yù)測(cè)和把握的，其內(nèi)在的作用途徑和機(jī)理還沒(méi)有被人類所徹底認(rèn)識(shí)，而且隨著煤礦開(kāi)采深度的日益増加，煤礦動(dòng)カ災(zāi)害發(fā)生頻率越來(lái)越高，強(qiáng)度也越來(lái)越大，礦井動(dòng)カ災(zāi)害的致災(zāi)機(jī)理、觸發(fā)條件、演化規(guī)律以及顯現(xiàn)特征越來(lái)越復(fù)雜化，目前，還缺乏對(duì)深部開(kāi)采條件下動(dòng)カ災(zāi)害的孕育-發(fā)生-演化機(jī)理、基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題以及預(yù)警防治對(duì)策的系統(tǒng)研究，因此加強(qiáng)對(duì)煤礦動(dòng)カ災(zāi)害機(jī)理、預(yù)測(cè)及其防治措施的研究非常重要。煤與瓦斯突出機(jī)理方面，大多學(xué)者認(rèn)同綜合作用假說(shuō)，它認(rèn)為煤巖與瓦斯突出是由地應(yīng)力、瓦斯、煤的物理力學(xué)性質(zhì)共同作用的結(jié)果，但三者在煤巖與瓦斯突出過(guò)程中的貢獻(xiàn)程度究竟如何尚不甚清楚，而且瓦斯壓力、煤層應(yīng)力和煤巖體溫度在煤巖與瓦斯突出前后的時(shí)空演化規(guī)律尚不十分明晰，因此煤巖與瓦斯突出機(jī)理仍不明確，這給煤礦動(dòng)カ災(zāi)害的防治工作制造了難題。現(xiàn)有技術(shù)中，模擬煤礦動(dòng)カ災(zāi)害的試驗(yàn)裝置主要存在以下問(wèn)題(1)所采用的模型尺寸較小，模擬動(dòng)力災(zāi)害的發(fā)展過(guò)程有一定的空間限制；(2)裝置安裝的自動(dòng)化程度較低；(3)裝置密封性不高，模擬瓦斯壓カ不大，試驗(yàn)?zāi)M瓦斯的壓カ不能接近現(xiàn)場(chǎng)情況；(4)突出ロ?yè)醢宓拇蜷_(kāi)速度較慢或存在一定的延時(shí)，在一定程度上影響了煤與瓦斯突出的時(shí)間和強(qiáng)度，因此實(shí)際模擬情況與真實(shí)井下煤與瓦斯突出仍存在差別；(5)模擬的地應(yīng)カ不能完全模擬出采面由于采礦活動(dòng)造成的局部應(yīng)カ集中；(6)突出模具內(nèi)部的煤巖體參數(shù)采集不夠，多數(shù)情況是只采集了溫度和瓦斯壓力，且采集點(diǎn)較為單一，不能對(duì)煤礦動(dòng)カ災(zāi)害前后煤巖體內(nèi)部的應(yīng)カ及溫度發(fā)展規(guī)律進(jìn)行分析研究。因此本領(lǐng)域技術(shù)人員致力于開(kāi)發(fā)一種能夠準(zhǔn)確模擬煤礦動(dòng)カ災(zāi)害過(guò)程的試驗(yàn)系統(tǒng)，以科學(xué)研究煤礦動(dòng)カ災(zāi)害機(jī)理。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠準(zhǔn)確模擬煤礦動(dòng)カ災(zāi)害過(guò)程的試驗(yàn)系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了ー種多場(chǎng)耦合煤礦動(dòng)カ災(zāi)害大型模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，包括機(jī)架和置于所述機(jī)架上的試件箱；所述試件箱包括箱體；所述箱體的上部通過(guò)螺栓固定連接有蓋板；所述蓋板上設(shè)置有至少三個(gè)Z向壓桿套；各Z向壓桿套內(nèi)設(shè)置有Z向壓桿；所述Z向壓桿上固定連接有Z向壓板；所述Z向壓板位于所述箱體內(nèi)；所述箱體的右箱板上設(shè)置有至少三個(gè)Y向壓桿套；各Y向壓桿套內(nèi)設(shè)置有Y向壓桿；所述Y向壓桿上固定連接有Y向壓板；所述Y向壓板位于所述箱體內(nèi)；所述箱體的后箱板上設(shè)置有至少ー個(gè)X向壓桿套；各X向壓桿套內(nèi)設(shè)置有X向壓桿；所述X向壓桿上固定連接有X向壓板；所述X向壓板位于所述箱體內(nèi)；所述箱體的前箱板設(shè)置有突出ロ；所述箱體的底部設(shè)置有透氣鋼板和氣道；所述透氣鋼板覆蓋在所述氣道上；所述氣道的進(jìn)ロ設(shè)置有內(nèi)接插頭；所述箱體的左箱板外部間隔固定連接有第一墊板；所述左箱板在各第一墊板的間隔之間設(shè)置有傳感器 接ロ ；所述傳感器接口中設(shè)置有傳感器接頭；所述機(jī)架包括底座；所述底座上固定有左立柱和右立柱；所述左立柱和右立柱的上端固定有橫梁；所述試件箱置于所述底座上；所述橫梁上設(shè)置有與所述Z向壓桿的數(shù)量和位置相對(duì)應(yīng)的Z向加壓缸；所述右立柱上設(shè)置有與所述Y向壓桿數(shù)量和位置相對(duì)應(yīng)的Y向加壓缸；所述左立柱上設(shè)置有與所述第一墊板位置相對(duì)應(yīng)的第二墊板；所述底座的后端固定連接有加座；所述加座上設(shè)置有與所述X向壓桿的數(shù)量和位置相對(duì)應(yīng)的X向加壓缸；該試驗(yàn)系統(tǒng)還包括可與所述底座的前部固定連接的反力架；所述反カ架包括底板；所述底板上設(shè)置有多個(gè)螺栓連接孔；所述底板的后部設(shè)置有立板；所述立板上設(shè)置有可與所述突出ロ相対的第一開(kāi)ロ ；所述立板的后部固定連接有門框；所述門框上設(shè)置有與所述第一開(kāi)ロ相対的第二開(kāi)ロ ；所述門框?qū)?yīng)所述第二開(kāi)ロ處設(shè)置有可封堵所述突出口和所述第二開(kāi)ロ的左推拉門和右推拉門；所述左推拉門與左氣缸連接；所述右推拉門與右氣缸連接；所述左推拉門和右推拉門的前門面的上下兩個(gè)部位均與所述門框之間設(shè)置有第一滾子；所述左推拉門和右推拉門的上下兩個(gè)側(cè)面均與所述門框之間設(shè)置有第二滾子；所述左推拉門與右推拉門的正對(duì)面上分別設(shè)置有左密封板和右密封板；所述試件箱對(duì)應(yīng)所述左推拉門和右推拉門的端部設(shè)置有第二密封圏。為提高試件箱的密封性，所述箱體的左箱板、右箱板、前箱板和后箱板的頂部為階梯結(jié)構(gòu)，所述階梯結(jié)構(gòu)靠近所述箱體內(nèi)腔的高度大于遠(yuǎn)離所述箱體內(nèi)腔的高度，從而使所述箱體的頂部構(gòu)成凸臺(tái)；所述蓋板與所述箱體扣合；在所述凸臺(tái)處，所述蓋板與所述箱體之間設(shè)置有密封墊；所述蓋板與所述箱體在所述凸臺(tái)處通過(guò)螺栓固定連接。為適應(yīng)突出ロ不同的尺寸要求，所述突出口內(nèi)通過(guò)螺栓固定連接有突出套；所述突出套與所述前箱板之間設(shè)置有第一密封圈；所述第二密封圈設(shè)置在所述突出套與所述左推拉門和右推拉門相対的端部。為獲得煤與瓦斯突出孔洞形成過(guò)程及煤與瓦斯突出發(fā)展過(guò)程提供直接的數(shù)據(jù)，研究了孔洞的空間形態(tài)的時(shí)間演化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤與瓦斯突出過(guò)程中煤巖體破裂的時(shí)空演化現(xiàn)象可視化再現(xiàn)，研究煤巖體內(nèi)部聲發(fā)射的空間形態(tài)，所述箱體的箱板上設(shè)置有探頭安裝孔；所述探頭安裝孔靠近所述箱體的內(nèi)腔一端焊接有堵頭，遠(yuǎn)離所述箱體的內(nèi)腔一端配合有第一螺栓；所述堵頭的外側(cè)設(shè)置有聲源探頭；所述聲源探頭與所述第一螺栓的端面之間壓裝有彈簧；所述第一螺栓上設(shè)置有第一軸向通孔；所述第一軸向通孔內(nèi)配合有第二螺栓；所述第二螺栓上設(shè)置有第二軸向通孔；所述聲源探頭的外接導(dǎo)線從所述第一軸向通孔和第二軸向通孔中接出。為提高聲源探頭的可靠性，所述第一軸向通孔包括錐孔；所述錐孔的孔徑沿靠近所述箱體內(nèi)腔的方向逐漸變小；所述第一軸向通孔內(nèi)位于所述錐孔處設(shè)置有卡套；所述第ニ螺栓設(shè)置在所述卡套的外側(cè)；所述卡套的前端為圓錐狀，其錐度小于所述錐孔的錐度；所述卡套的前端沿軸向設(shè)置有至少兩個(gè)開(kāi)口槽；所述開(kāi)ロ槽在圓周方向均布。為便于試件箱放置到機(jī)架的底座上，所述試件箱與所述底座之間設(shè)置滾動(dòng)底座；所述滾動(dòng)底座包括與所述底座固定連接的滾動(dòng)座和設(shè)置于所述滾動(dòng)座內(nèi)的滾動(dòng)體。為更真實(shí)的模擬井下采掘過(guò)程中不同頂板活動(dòng)階段時(shí)的煤層應(yīng)カ的復(fù)雜分布現(xiàn)象，所述蓋板上固定連接有四個(gè)所述Z向壓桿套；所述箱體的前端設(shè)置有四個(gè)所述Y向壓桿套；所述箱體的左端設(shè)置有一個(gè)所述X向壓桿套。
為避免三向加載カ之間相互干渉，所述X向壓板與其相鄰的Z向壓板的轉(zhuǎn)角處設(shè)置有第一防干渉板；所述X向壓板與其相鄰的Y向壓板的轉(zhuǎn)角處設(shè)置有第二防干渉板；各所述Y向壓板與其相鄰的Z向壓板的轉(zhuǎn)角處設(shè)置有第三防干渉板。為更準(zhǔn)確的采集煤礦動(dòng)カ災(zāi)害前后煤巖體內(nèi)部的參數(shù)，所述箱體的左箱板上平行設(shè)置有三行所述傳感器接ロ ；在靠近所述突出ロ的方向上，所述傳感器接ロ的分布密度逐漸加大。較佳的，所述傳感器接ロ在每行設(shè)置有18個(gè)。為進(jìn)ー步提高反力架的承載能力，所述底板的左側(cè)固定有第一左加強(qiáng)板和第二左加強(qiáng)板；所述第一左加強(qiáng)板和第二左加強(qiáng)板與所述立板構(gòu)成直角三角形結(jié)構(gòu)；所述底板的右側(cè)固定有第一右加強(qiáng)板和第二右加強(qiáng)板；所述第一右加強(qiáng)板和第二右加強(qiáng)板與所述立板構(gòu)成直角三角形結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明可監(jiān)測(cè)煤礦動(dòng)カ災(zāi)害發(fā)生前后煤巖體瓦斯壓力、地應(yīng)カ、溫度變化以及煤巖體的聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)空演化規(guī)律，達(dá)到研究應(yīng)カ場(chǎng)、滲流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和裂隙場(chǎng)之間的內(nèi)在聯(lián)系及其在煤礦動(dòng)カ災(zāi)害過(guò)程中相互耦合作用機(jī)制的目的，從而更深層次地掲示煤礦動(dòng)カ災(zāi)害發(fā)生的機(jī)理，為煤礦動(dòng)カ災(zāi)害防治提供理論基礎(chǔ)。


圖I是本發(fā)明一具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖I的左視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖I中A處的局部放大圖。圖5是本發(fā)明一具體實(shí)施方式
中試件箱的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是圖5的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是圖5的左視結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是圖5中I處的局部放大圖。圖9是圖5中II處的局部放大圖。圖10是圖5中III處的局部放大圖。圖11是圖5中IV處的局部放大圖。圖12是本發(fā)明一具體實(shí)施方式
中聲源探頭的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖13是圖12中V處的局部放大圖。圖14是本發(fā)明一具體實(shí)施方式
中卡套的結(jié)構(gòu)示意圖。圖15是圖14的仰視圖。圖16是本發(fā)明一具體實(shí)施方式
中機(jī)架的結(jié)構(gòu)示意圖。圖17是圖16的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖18是圖16的左視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖19是本發(fā)明一具體實(shí)施方式
中反力架的結(jié)構(gòu)示意圖。圖20是圖19的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖21是圖19的左視結(jié)構(gòu)示意圖。圖22是圖19中VI處的局部放大圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說(shuō)明
如圖I至圖4所示，ー種多場(chǎng)耦合煤礦動(dòng)カ災(zāi)害大型模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，包括機(jī)架200和置于機(jī)架200上的試件箱100。試件箱100包括箱體1，箱體I的左箱板、右箱板、前箱板和后箱板的頂部為階梯結(jié)構(gòu)，階梯結(jié)構(gòu)靠近箱體I內(nèi)腔的高度大于遠(yuǎn)離箱體I內(nèi)腔的高度，從而使箱體I的頂部構(gòu)成凸臺(tái)48。如圖5至圖11所示，蓋板4與箱體I扣合。在凸臺(tái)48處，蓋板4與箱體I之間設(shè)置有密封墊49，并且蓋板4與箱體I在凸臺(tái)48處通過(guò)螺栓固定連接。本實(shí)施例中，蓋板4上固定連接有四個(gè)Z向壓桿套2，各Z向壓桿套2內(nèi)設(shè)置有Z向壓桿3，Z向壓桿3上固定連接有Z向壓板11，Z向壓板11位于箱體I內(nèi)。在其他具體實(shí)施方式
中，蓋板4上也可固定連接三個(gè)以上的其他數(shù)量的Z向壓桿套2，如3個(gè)、5個(gè)、6個(gè)等，以達(dá)到基本相同的技術(shù)效果。箱體I的右箱板上設(shè)置有四個(gè)Y向壓桿套5，各Y向壓桿套5內(nèi)設(shè)置有Y向壓桿6，Y向壓桿6上固定連接有Y向壓板12，Y向壓板12位于箱體I內(nèi)。在其他具體實(shí)施方式
中，右箱板上也可固定連接三個(gè)以上的其他數(shù)量的Y向壓桿套5，如3個(gè)、5個(gè)、6個(gè)等，以達(dá)到基本相同的技術(shù)效果。箱體I的后箱板上設(shè)置有一個(gè)X向壓桿套7,各X向壓桿套7內(nèi)設(shè)置有X向壓桿8，X向壓桿8上固定連接有X向壓板13，X向壓板13位于箱體I內(nèi)。在其他具體實(shí)施方式
中，后箱板上也可固定連接其他數(shù)量的X向壓桿套7，如2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)等，以達(dá)到基本相同的技術(shù)效果。X向壓板13與其相鄰的Z向壓板11的轉(zhuǎn)角處設(shè)置有第一防干涉板14，X向壓板13與其相鄰的Y向壓板12的轉(zhuǎn)角處設(shè)置有第二防干涉板59，各Y向壓板12與其相鄰的Z向壓板11的轉(zhuǎn)角處設(shè)置有第三防干渉板15。本實(shí)施例中，三個(gè)方向的壓桿套和壓桿之間均依次設(shè)置有F4青銅復(fù)合材料導(dǎo)向帶55、ST形軸用組合密封盒56、J形無(wú)骨防塵圈57，壓桿套與箱體或蓋板之間設(shè)置有密封墊58，同時(shí)結(jié)合本實(shí)施例中的其他密封結(jié)構(gòu)，使試件箱的氣密性達(dá)到6MP的標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)，這種密封結(jié)構(gòu)使加載時(shí)摩擦カ很小，并且安裝方便。箱體I的前箱板設(shè)置有突出ロ 9，突出ロ 9內(nèi)通過(guò)螺栓固定連接有突出套10，突出套10與前箱板之間設(shè)置有第一密封圈47。將試件箱的突出處設(shè)計(jì)為可拆卸的結(jié)構(gòu)，因此可通過(guò)更換不同內(nèi)徑的突出套10而滿足不同的試驗(yàn)要求。箱體I的底部設(shè)置有透氣鋼板16和氣道17，透氣鋼板16覆蓋在氣道17上。氣道17的進(jìn)ロ設(shè)置有內(nèi)接插頭54，該內(nèi)接插頭54可與外接氣管連接。箱體I的左箱板外部間隔固定連接有四行第一墊板28,左箱板在各第一墊板28的間隔之間設(shè)置有一行 傳感器接ロ 18，傳感器接ロ 18中設(shè)置有傳感器接頭19，該傳感器接頭19為航空接頭。每行傳感器接ロ 18的數(shù)量為18個(gè)，并且在靠近突出ロ 9的方向上，傳感器接ロ 18的分布密度逐漸加大。本實(shí)施例中，各傳感器接頭19處可同時(shí)接入瓦斯氣體壓カ傳感器、煤層壓カ傳感器和煤層溫度傳感器。其中，采用24個(gè)瓦斯氣體壓力傳感器以測(cè)量瓦斯氣體的壓カ和濃度，規(guī)格為lOMPa，測(cè)量精度±1% ；24個(gè)煤層壓カ傳感器，規(guī)格為lOMPa，測(cè)量精度±1% ；12個(gè)煤層溫度傳感器，規(guī)格為O 100°C，測(cè)量精度±1°C。將傳感器與8個(gè)8通道數(shù)據(jù)采集板連接，8通道數(shù)據(jù)采集板通過(guò)集線器與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信，從而構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、顯示和保存。各傳感器可在試件箱上均布，也可以調(diào)節(jié)三種傳感器在試件箱內(nèi)的測(cè)量位置以滿足不同擾動(dòng)過(guò)程中的實(shí)際測(cè)試要求。一般的，可在試件箱的前部設(shè)置較為密集的傳感器，以更準(zhǔn)確的測(cè)量突出的相關(guān)數(shù)據(jù)。箱體I的左、右箱板上的前部設(shè)置各有四個(gè)探頭安裝孔30，后部設(shè)置有兩個(gè)探頭安裝孔30，各探頭安裝孔呈矩形排列。如圖12至圖15所示，探頭安裝孔30靠近箱體I的內(nèi)腔一端焊接有堵頭31，遠(yuǎn)離箱體I的內(nèi)腔一端配合有第一螺栓32。堵頭31的外側(cè)設(shè)置有聲源探頭33，聲源探頭33與第一螺栓32的端面之間壓裝有彈簧34。第一螺栓32上設(shè)置有第一軸向通孔35，第一軸向通孔35內(nèi)配合有第二螺栓36，第二螺栓36上設(shè)置有第二軸向通孔37，第二軸向通孔37內(nèi)設(shè)置有鋼管64，聲源探頭33的外接導(dǎo)線62從第一軸向通孔35和第二軸向通孔37中的鋼管64接出。第一軸向通孔35包括錐孔35a，錐孔35a的孔徑沿靠近箱體I內(nèi)腔的方向逐漸變小。第一軸向通孔35內(nèi)位于錐孔35a處設(shè)置有卡套38，第二螺栓36設(shè)置在卡套38的外偵U?？ㄌ?8采用柔性材料，其前端為圓錐狀，錐度小于錐孔35a的錐度。因此，當(dāng)旋緊第二螺栓36時(shí)，卡套38的前端受到壓迫而變形，從而夾住聲源探頭33的外接導(dǎo)線62 ;當(dāng)松開(kāi)第二螺栓36時(shí)，卡套38自動(dòng)回復(fù)到初始形狀，從而方便取出聲源探頭33。本實(shí)施例中，當(dāng)松開(kāi)第二螺栓36時(shí)，為了使卡套38能更好的回復(fù)原狀，卡套38采用9鉻18鑰不銹鋼，并且卡套38的前端沿軸向設(shè)置有三個(gè)開(kāi)ロ槽38a，開(kāi)ロ槽38a在圓周方向均布。如圖16至18所示，機(jī)架200包括底座20，底座20上固定有左立柱21和右立柱22，左立柱21和右立柱22的上端固定有橫梁23。底座20、左立柱21、右立柱22和橫梁23均為箱式結(jié)構(gòu)，其內(nèi)均間隔設(shè)置有多個(gè)加強(qiáng)板51。試件箱100置于底座20上。橫梁23上設(shè)置有與Z向壓桿3的數(shù)量和位置相對(duì)應(yīng)的Z向加壓缸24，右立柱22上設(shè)置有與Y向壓桿6數(shù)量和位置相對(duì)應(yīng)的Y向加壓缸25，左立柱21上設(shè)置有與第一墊板28位置相對(duì)應(yīng)的第二墊板29。加壓時(shí)，Y向加壓缸25施加在試件箱100上的作用カ通過(guò)第一墊板28和第二墊板29傳遞給左立柱21。底座20的后端固定連接有加座26，加座26上設(shè)置有與X向壓桿8的數(shù)量和位置相對(duì)應(yīng)的X向加壓缸27。如圖19至22所示，該試驗(yàn)系統(tǒng)還包括可與底座20的前部固定連接的反力架63。反力架63包括底板66，底板66上設(shè)置有多個(gè)螺栓連接孔67，以使反力架63可與底座20通過(guò)螺栓固定連接。底板66的后部設(shè)置有立板68，立板68上設(shè)置有可與突出ロ 9相対的第一開(kāi)ロ 43，立板68的后部固定連接有門框52。底板66的左側(cè)固定有第一左加強(qiáng)板68和第二左加強(qiáng)板69，底板66的右側(cè)固定有第一右加強(qiáng)板70和第二右加強(qiáng)板71。第一左加強(qiáng)板68和第二左加強(qiáng)板69與立板67構(gòu)成直角三角形結(jié)構(gòu)；第一右加強(qiáng)板70和第二右加強(qiáng)板71與立板67構(gòu)成直角三角形結(jié)構(gòu)。門框52設(shè)置有與第一開(kāi)ロ 43相対的第二開(kāi)ロ 53。門框52對(duì)應(yīng)第二開(kāi)ロ 53處設(shè)置有可封堵突出ロ 9和第二開(kāi)ロ 53的左推拉門39和右推拉門40，左推拉門39與左氣缸41連接，右推拉門40與右氣缸42連接。左推拉門39和右推拉門40的前門面的上下兩個(gè)部位均與門框52之間設(shè)置有第ー滾子49，左推拉門39和右推拉門40的上下兩個(gè)側(cè)面均與門框52之間設(shè)置有第二滾子50。第二開(kāi)ロ 53呈臺(tái)階狀，門框52在第二開(kāi)ロ 53靠近反力架63—側(cè)的內(nèi)孔固定連接有第一擋板60，在遠(yuǎn)離反力架63 —側(cè)的階梯面上固定連接有第二擋板61。第一滾子49設(shè)置在第一擋板60和門框52之間，第二滾子50設(shè)置第二擋板61和門框52之間。第二擋板61同時(shí)將左推拉門39和右推拉門40壓裝在門框52上。第一滾子49的圓柱面與門框52和左推拉門39或右推拉門40接觸；第ニ滾子50的圓柱面與門框52和左推拉門39或有推拉門40接觸。左推拉門39與右推拉門40的正對(duì)面上分別設(shè)置有左密封板44和右密封板45，突出套10與左推拉門39和右推拉門40相対的端部設(shè)置有第二密封圈46。試件箱100與底座20之間設(shè)置滾動(dòng)底座，滾動(dòng)底座包括與底座20固定連接的滾動(dòng)座3和設(shè)置于滾動(dòng)座3內(nèi)的滾動(dòng)體65。需要做試驗(yàn)時(shí)，按以下步驟操作
(1)完成試件箱100內(nèi)煤巖的成型和裝配，以及各傳感器和線路的連接；將內(nèi)接插頭54與氣管相接，氣管與真空泵和高壓氣瓶連接，氣管上設(shè)置有三通閥；
(2)利用移動(dòng)底座300將試件箱送入滾動(dòng)底座，然后將試件箱推至預(yù)定的位置；
(3)啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對(duì)試驗(yàn)開(kāi)始前試件箱內(nèi)的瓦斯壓力、煤層應(yīng)カ和煤巖體溫度進(jìn)行米集；
(4)脫氣保持X向、Y向和Z向的加壓缸壓力穩(wěn)定在預(yù)定的壓カ值，檢查試件箱的氣密性，用真空泵進(jìn)行脫氣，脫氣時(shí)間根據(jù)成型煤巖強(qiáng)度而定，但至少脫氣24h，以保證良好的脫氣效果；
(5)充氣保持X向、Y向和Z向的加壓缸壓カ不變，切換三通閥，通過(guò)氣管向成型煤巖充瓦斯，充氣48h以使煤巖吸附瓦斯達(dá)到平衡狀態(tài)；
(6)突出利用左氣缸和右氣缸突然打開(kāi)突出ロ處的左推拉門和右推拉門進(jìn)行突出；整個(gè)過(guò)程對(duì)試件箱內(nèi)部的瓦斯壓力、煤層應(yīng)カ和煤巖體溫度進(jìn)行無(wú)間斷測(cè)量。在其它具體實(shí)施方式
中，充入的氣體可以是甲燒、ニ氧化碳、氦氣、氮?dú)庵换蚱?混合氣體；也可進(jìn)行沖擊地壓過(guò)程模擬試驗(yàn)。本實(shí)施例中，所述移動(dòng)底座300為可與底座20的前端固定連接的移動(dòng)小車，移動(dòng)小車的底部設(shè)置有滾輪，底部的前后兩端設(shè)置有腳座。移動(dòng)小車的上部設(shè)置有滾動(dòng)體，滾動(dòng)體的后方設(shè)置有液壓缸，可利用液壓缸將試件箱從滾動(dòng)體上推入底座20上。
本實(shí)施例中，Z向的四個(gè)加壓缸平均分布在試件箱上平面，可同時(shí)加載、也可分別加載，用于模擬試件箱內(nèi)煤巖層不同壓力，煤層壓強(qiáng)最高可達(dá)IOMPa ;Y向的四個(gè)加壓缸平均分布在試件箱右側(cè)面，也可同時(shí)加載、可分別加載，用于模擬試件箱內(nèi)煤巖層不同壓力，煤層壓強(qiáng)最高可達(dá)IOMPa ；Χ向加載是用ー個(gè)200Τ液壓缸來(lái)完成IOMPa的煤層壓カ模擬。機(jī)架200設(shè)計(jì)為三向500Τ剛度，可完全滿足試驗(yàn)時(shí)的剛度要求。
本實(shí)施例中，聲發(fā)射定位系統(tǒng)可進(jìn)行煤礦動(dòng)カ災(zāi)害過(guò)程中的聲發(fā)射傳播衰減機(jī)理研究，為煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)提供基礎(chǔ)；
聲源探頭接入美國(guó)物理聲學(xué)公司(physical acoustics corporation )的16CHsSAMOS System聲發(fā)射測(cè)試系統(tǒng)，從而構(gòu)成聲發(fā)射定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)將對(duì)煤礦動(dòng)カ災(zāi)害過(guò)程中煤巖體破壞斷裂產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行定位，可實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦動(dòng)カ災(zāi)害過(guò)程中煤巖體破裂的時(shí)空演化現(xiàn)象可視化再現(xiàn)；聲發(fā)射定位系統(tǒng)得出的聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)空定位將為煤礦動(dòng)カ災(zāi)害發(fā)展過(guò)程特別是煤與瓦斯突出孔洞形成過(guò)程及煤與瓦斯突出發(fā)展過(guò)程提供直接的數(shù)據(jù)，研究了孔洞的空間形態(tài)的時(shí)間演化規(guī)律，為煤與瓦斯突出機(jī)理研究提供可靠的近似現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的參數(shù)支持。本實(shí)施例中，在煤與瓦斯突出模擬方面，通過(guò)全過(guò)程瓦斯壓カ測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)對(duì)抽真空、充氣、突出卸壓過(guò)程中不同煤巖體位置中的瓦斯壓カ監(jiān)測(cè)，分析不同階梯荷載、不同煤巖體物理力學(xué)特性等條件下抽真空和充氣過(guò)程中的煤巖體中的瓦斯壓カ分布，進(jìn)而得到抽真空和充氣過(guò)程中煤層瓦斯流動(dòng)的方向和速度及其與荷載分布狀態(tài)、煤巖物理力學(xué)性質(zhì)的關(guān)系；分析煤與瓦斯突出前煤層瓦斯壓カ變化，從而分析突出前瓦斯的解吸狀態(tài)；分析煤與瓦斯突出過(guò)程中煤層不同位置的瓦斯壓カ變化與時(shí)間的關(guān)系，為認(rèn)識(shí)煤與瓦斯突出孔洞的形成機(jī)制提供支持。通過(guò)全過(guò)程溫度測(cè)量，可以得到抽真空氣體解吸和充氣時(shí)瓦斯吸附過(guò)程中的溫度變化與各因素之間的關(guān)系；分析突出和沖擊地壓前煤巖體的溫度變化特性，為煤礦動(dòng)カ災(zāi)害預(yù)測(cè)提供基礎(chǔ)；探索煤礦動(dòng)力災(zāi)害發(fā)生前后煤巖體溫度的變化；在以上分析的基礎(chǔ)上，探討溫度對(duì)煤礦動(dòng)カ災(zāi)害的作用規(guī)律。通過(guò)全程煤巖體應(yīng)カ監(jiān)測(cè)，可分析工程擾動(dòng)下煤巖體應(yīng)カ的分布狀態(tài)及其與各因素間的關(guān)系；分析煤巖體破斷前煤巖體的應(yīng)カ集中情況及煤巖體破斷后集中應(yīng)カ往內(nèi)部轉(zhuǎn)移規(guī)律。以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書(shū)所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種多場(chǎng)耦合煤礦動(dòng)カ災(zāi)害大型模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，包括機(jī)架(200)和置于所述機(jī)架(200)上的試件箱(100);其特征是 所述試件箱(100)包括箱體(I);所述箱體(I)的上部通過(guò)螺栓固定連接有蓋板(4);所述蓋板(4)上設(shè)置有至少三個(gè)Z向壓桿套(2);各Z向壓桿套(2)內(nèi)設(shè)置有Z向壓桿(3);所述Z向壓桿(3)上固定連接有Z向壓板(11);所述Z向壓板(11)位于所述箱體(I)內(nèi)； 所述箱體(I)的右箱板上設(shè)置有至少三個(gè)Y向壓桿套(5);各Y向壓桿套(5)內(nèi)設(shè)置有Y向壓桿(6);所述Y向壓桿(6)上固定連接有Y向壓板(12);所述Y向壓板(12)位于所述箱體(I)內(nèi)； 所述箱體(I)的后箱板上設(shè)置有至少ー個(gè)X向壓桿套(7);各X向壓桿套(7)內(nèi)設(shè)置有X向壓桿(8);所述X向壓桿(8)上固定連接有X向壓板(13);所述X向壓板(13)位于所述箱體(I)內(nèi)； 所述箱體(I)的前箱板設(shè)置有突出ロ(9)； 所述箱體(I)的底部設(shè)置有透氣鋼板(16)和氣道(17);所述透氣鋼板(16)覆蓋在所述氣道(17)上；所述氣道(17)的進(jìn)ロ設(shè)置有內(nèi)接插頭(54)； 所述箱體(I)的左箱板外部間隔固定連接有第一墊板(28);所述左箱板在各第一墊板(28)的間隔之間設(shè)置有傳感器接ロ(18);所述傳感器接ロ(18)中設(shè)置有傳感器接頭(19); 所述機(jī)架(200 )包括底座(20 );所述底座(20 )上固定有左立柱(21)和右立柱(22 );所述左立柱(21)和右立柱(22)的上端固定有橫梁(23)； 所述試件箱(100)置于所述底座(20)上；所述橫梁(23)上設(shè)置有與所述Z向壓桿(3)的數(shù)量和位置相對(duì)應(yīng)的Z向加壓缸(24);所述右立柱(22)上設(shè)置有與所述Y向壓桿(6)數(shù)量和位置相對(duì)應(yīng)的Y向加壓缸(25);所述左立柱(21)上設(shè)置有與所述第一墊板(28)位置相對(duì)應(yīng)的第二墊板(29)； 所述底座(20)的后端固定連接有加座(26);所述加座(26)上設(shè)置有與所述X向壓桿(8)的數(shù)量和位置相對(duì)應(yīng)的X向加壓缸(27)； 該試驗(yàn)系統(tǒng)還包括可與所述底座(20)的前部固定連接的反力架(63);所述反カ架(63)包括底板(66);所述底板(66)上設(shè)置有多個(gè)螺栓連接孔(67);所述底板(66)的后部設(shè)置有立板(68);所述立板(68)上設(shè)置有可與所述突出ロ(9)相対的第一開(kāi)ロ(43);所述立板(68)的后部固定連接有門框(52);所述門框(52)上設(shè)置有與所述第一開(kāi)ロ(43)相對(duì)的第二開(kāi)ロ(53);所述門框(52)對(duì)應(yīng)所述第二開(kāi)ロ(53)處設(shè)置有可封堵所述突出ロ(9)和所述第二開(kāi)ロ( 53)的左推拉門(39)和右推拉門(40);所述左推拉門(39)與左氣缸(41)連接；所述右推拉門(40)與右氣缸(42)連接； 所述左推拉門(39)和右推拉門(40)的前門面的上下兩個(gè)部位均與所述門框(52)之間設(shè)置有第一滾子(49);所述左推拉門(39)和右推拉門(40)的上下兩個(gè)側(cè)面均與所述門框(52)之間設(shè)置有第二滾子(50)； 所述左推拉門(39 )與右推拉門(40 )的正對(duì)面上分別設(shè)置有左密封板(44 )和右密封板(45);所述試件箱(100)對(duì)應(yīng)所述左推拉門(39)和右推拉門(40)的端部設(shè)置有第二密封圈(46)。
2.如權(quán)利要求I所述的多場(chǎng)耦合煤礦動(dòng)カ災(zāi)害大型模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是所述箱體(I)的左箱板、右箱板、前箱板和后箱板的頂部為階梯結(jié)構(gòu)，所述階梯結(jié)構(gòu)靠近所述箱體(I)內(nèi)腔的高度大于遠(yuǎn)離所述箱體(I)內(nèi)腔的高度，從而使所述箱體(I)的頂部構(gòu)成凸臺(tái)(48);所述蓋板(4)與所述箱體(I)扣合；在所述凸臺(tái)(48)處，所述蓋板(4)與所述箱體(I)之間設(shè)置有密封墊(49);所述蓋板(4)與所述箱體(I)在所述凸臺(tái)(48)處通過(guò)螺栓固定連接。
3.如權(quán)利要求I所述的多場(chǎng)耦合煤礦動(dòng)カ災(zāi)害大型模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是所述突出口(9)內(nèi)通過(guò)螺栓固定連接有突出套(10);所述突出套(10)與所述前箱板之間設(shè)置有第一密封圈(47);所述第二密封圈(46)設(shè)置在所述突出套(10)與所述左推拉門(39)和右推拉門(40)相対的端部。
4.如權(quán)利要求I所述的多場(chǎng)耦合煤礦動(dòng)カ災(zāi)害大型模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是所述箱體(I)箱板上設(shè)置有探頭安裝孔(30 );所述探頭安裝孔(30 )靠近所述箱體(I)的內(nèi)腔一端焊接有堵頭(31)，遠(yuǎn)離所述箱體(I)的內(nèi)腔一端配合有第一螺栓(32);所述堵頭(31)的外側(cè)設(shè)置有聲源探頭(33);所述聲源探頭(33)與所述第一螺栓(32)的端面之間壓裝有彈簧(34);所述第一螺栓(32)上設(shè)置有第一軸向通孔(35);所述第一軸向通孔(35)內(nèi)配合有第ニ螺栓(36);所述第二螺栓(36)上設(shè)置有第二軸向通孔(37);所述聲源探頭(33)的外接導(dǎo)線(62)從所述第一軸向通孔(35)和第二軸向通孔(37)中接出。
5.如權(quán)利要求4所述的多場(chǎng)耦合煤礦動(dòng)カ災(zāi)害大型模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是所述第ー軸向通孔(35)包括錐孔(35a);所述錐孔(35a)的孔徑沿靠近所述箱體(I)內(nèi)腔的方向逐漸變??；所述第一軸向通孔(35)內(nèi)位于所述錐孔(35a)處設(shè)置有卡套(38);所述第二螺栓(36)設(shè)置在所述卡套(38)的外側(cè)；所述卡套(38)的前端為圓錐狀，其錐度小于所述錐孔(35a)的錐度；所述卡套(38)的前端沿軸向設(shè)置有至少兩個(gè)開(kāi)ロ槽(38a);所述開(kāi)ロ槽(38a)在圓周方向均布。
6.如權(quán)利要求I所述的多場(chǎng)耦合煤礦動(dòng)カ災(zāi)害大型模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是所述試件箱(100)與所述底座(20)之間設(shè)置滾動(dòng)底座；所述滾動(dòng)底座包括與所述底座(20)固定連接的滾動(dòng)座(3)和設(shè)置于所述滾動(dòng)座(3)內(nèi)的滾動(dòng)體(65)。
7.如權(quán)利要求I所述的多場(chǎng)耦合煤礦動(dòng)カ災(zāi)害大型模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是所述蓋板(4)上固定連接有四個(gè)所述Z向壓桿套(2);所述箱體(I)的前端設(shè)置有四個(gè)所述Y向壓桿套(5);所述箱體(I)的左端設(shè)置有一個(gè)所述X向壓桿套(7)。
8.如權(quán)利要求I所述的多場(chǎng)耦合煤礦動(dòng)カ災(zāi)害大型模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是所述X向壓板(13)與其相鄰的Z向壓板(11)的轉(zhuǎn)角處設(shè)置有第一防干渉板(14);所述X向壓板(13)與其相鄰的Y向壓板(12)的轉(zhuǎn)角處設(shè)置有第二防干渉板(59);各所述Y向壓板(12)與其相鄰的Z向壓板(11)的轉(zhuǎn)角處設(shè)置有第三防干渉板(15)。
9.如權(quán)利要求I所述的多場(chǎng)耦合煤礦動(dòng)カ災(zāi)害大型模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是所述箱體(I)的左箱板上平行設(shè)置有三行所述傳感器接ロ(18);在靠近所述突出ロ(9)的方向上，所述傳感器接ロ(18)的分布密度逐漸加大。
10.如權(quán)利要求9所述的多場(chǎng)耦合煤礦動(dòng)カ災(zāi)害大型模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是所述傳感器接ロ(18)在每行設(shè)置有18個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多場(chǎng)耦合煤礦動(dòng)力災(zāi)害大型模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，包括機(jī)架和試件箱；試件箱上設(shè)置有X、Y、Z向壓板；箱體的前箱板設(shè)置有突出口；箱體的底部設(shè)置有透氣鋼板和氣道；箱體上設(shè)置有傳感器接口；機(jī)架包括底座；底座上固定有左立柱和右立柱；左立柱和右立柱的上端固定有橫梁；試件箱置于底座上；機(jī)架上設(shè)置有與Y向和Z向壓桿的數(shù)量和位置相對(duì)應(yīng)的加壓缸；左立柱上設(shè)置有與第一墊板位置相對(duì)應(yīng)的第二墊板；底座的后端固定連接有加座；加座上設(shè)置有與X向壓桿的數(shù)量和位置相對(duì)應(yīng)的X向加壓缸；底座的前部固定連接有反力架；反力架上設(shè)置有左推拉門和右推拉門。本發(fā)明能夠準(zhǔn)確的模擬煤礦動(dòng)力災(zāi)害過(guò)程，從而更科學(xué)的研究煤礦動(dòng)力災(zāi)害形成機(jī)制。
文檔編號(hào)G01N29/14GK102621232SQ20121008237
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者劉 東, 周文杰, 尹光志, 張東明, 彭守建, 王維忠, 蔣長(zhǎng)寶, 許江, 陳立朝, 黃滾 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)