(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210622964.4 (22)申请日 2022.06.01 (71)申请人 山东科技大 学 地址 266590 山东省青岛市黄岛区前湾港 路579号 (72)发明人 陈绍杰　盛守前　杜兆文　李法鑫　 吕科　丁屹松　张晨　李明泽　 (74)专利代理 机构 青岛众智源知识产权代理事 务所(普通 合伙) 37355 专利代理师 张红凤 (51)Int.Cl. G01N 3/313(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种矿井巷道冲击地压模拟试验方法 (57)摘要 本发明公开了一种矿井巷道冲击地压模拟 试验方法， 涉及煤矿冲击地压模拟设备技术领 域。 该方法包括： 首先制作巷道体， 并在巷道体内 表面安装位移传感器， 在巷道体外表 面安装应力 传感器； 在容纳腔体内安装压力传感器， 向容纳 腔体内注入非牛顿流体； 在注入非牛顿流体的容 纳腔体外设置外壳， 并在外壳与容纳腔体之间设 置压力传感器； 然后， 铺设相似材料结构， 并在能 量震源附近布置雷管， 通过试验框架上的位置控 制装置控制加载机构所需压力； 养护完毕后， 取 出外壳， 对试验框体进行密封； 最后， 引爆能量震 源， 检测巷道位移数据和巷道压力数据， 同时通 过模拟巷道变形定性分析巷道情况。 本发明可以 实现对模拟巷道变形的定性分析。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 114993860 A 2022.09.02 CN 114993860 A 1.一种矿井巷道冲击地压模拟试验方法， 其特征在于， 其所采用的试验系统包括： 试验 框体、 加载机构、 巷道结构和位于巷道结构周围用于模拟构造的相似材 料结构； 所述的加载机构位于所述的试验框架的顶部， 用于对相似材 料结构施加载荷； 所述的试验框体为密闭结构， 且至少一 面是由可视化材 料制作而成； 所述的巷道结构位于试验框体的底部， 包括巷道体和用于对该巷道体进行支护的支护 体， 所述的巷道体由铁丝网制作而成， 所述的支护体包括容纳腔体和位于容纳腔体内的非 牛顿流体， 在所述的容纳腔体上设置有进口， 通过所述的进口向容纳腔体内注入非牛顿流 体， 所述的支护体与巷道体的形状相配合， 以形成对巷道体的支护； 所述的相似材料结构包括自下而上依次铺设的第 三相似模拟材料层、 第五相似模拟材 料层、 第二相似 模拟材料层、 第四相似 模拟材料层及第一相似 模拟材料层， 其中： 所述的第三相似模拟材料层用于模拟粗砂岩， 采用的是PP再生塑料， 且颗粒的直径为 5mm； 所述的第五相似模拟材料层用于模拟细砂岩， 颗粒直径 为3mm； 所述的第二相似模拟材 料层用于模拟煤， 采用的是PE再生塑料和PP再生塑料， 颗粒的直径均为2mm； 所述的第四相 似模拟材料层用于模拟细砂岩， 颗粒直径为4mm； 所述的第一相似模拟材料层用于模拟泥 岩， 采用的是PE再生塑料， 且颗粒的直径为2m m； 在所述的相似材 料结构以上区域设置有用于模拟冲击地压的能量震源； 所述的试验方法依次包括以下步骤： a、 制作巷道体， 并在巷道体内表面 安装位移传感器， 在巷道体外表面 安装应力传感器； b、 制作支护体， 在容纳腔体内安装压力传感器， 向容纳腔体 内注入非牛顿流体； 在注入 非牛顿流体的容纳腔体外设置 外壳， 并在外壳与容纳腔体之间设置 压力传感器； c、 铺设相似材料结构， 并在布置能量震源的位置布置雷管， 通过试验框架上的位置控 制装置控制加载机构所需压力进行养护； d、 养护完毕后， 取 出外壳， 对试验框体进行密封； e、 引爆能量震源， 检测巷道位移数据和巷道压力数据， 同时通过模拟巷道变形定性分 析巷道情况。 2.根据权利要求1所述的一种 矿井巷道冲击地压模拟试验方法， 其特征在于： 所述的容 纳腔体由注塑布制成， 在注塑布的外围设置有外壳， 所述的外壳为铁皮或钢片制成。 3.根据权利要求1所述的一种 矿井巷道冲击地压模拟试验方法， 其特征在于： 所述的试 验框体的上、 下、 左、 右及后面均由金属材料制作而成， 试验框体的前面为透明材料制作而 成。 4.根据权利要求3所述的一种 矿井巷道冲击地压模拟试验方法， 其特征在于： 所述的位 移传感器、 压力传感器均连接有电脑， 通过电脑对其获得的数据进行统计和分析。 5.根据权利要求1所述的一种 矿井巷道冲击地压模拟试验方法， 其特征在于： 所述的能 量震源设置有 多个， 均布置在巷道体的两侧的不同位置 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114993860 A 2一种矿井巷道冲击地压模拟试验方 法 技术领域 [0001]本发明涉及煤矿冲击地压模拟设备技术领域， 具体涉及 一种矿井巷道冲击地压模 拟试验方法。 背景技术 [0002]构造物理模拟实验是研究地质构造的一种重要而且有效的方法， 是地质工作者研 究地层变形过程和褶皱形成机制的重要手段。 目前， 地质构造模拟 中所用的构造模拟实验 装置是根据相似性原理， 通过运动 或力来控制实验模型进行变形实验， 通过在砂箱内铺设 多层不同目数 的实验材料来模拟构造形成过程， 研究地质构造的成因和演化机理， 对地质 构造的成因进行定性和定量分析。 [0003]目前现有技 术相关的研究有： [0004]CN212228934U公开了一种深部巷道和隧道突水突泥三维物理模拟试验系统， 包括 试验台架、 地应力加载系统、 水压力加载系统、 数据采集系统和泥水突出物 回收系统； 试验 台架中设有用于填充围岩介质和断层等介质的试验箱体， 地应力加载系统位于试验箱体顶 部， 由恒温恒压水箱和高压氮气瓶等组成的水压力加载系统出水端设置于断层等突水构造 的砾石滤层中， 数据采集系统由设置于围岩或断层介质内部的若干传感器以及试验台架外 部数据采集仪组成， 泥水突出物 回收系统通过导流管与巷道或 隧道排水 口连接。 该系统揭 示了巷道和隧道突水突泥灾害的孕 育演化与触发机理。 [0005]然而， 不同的模拟试验装置， 其获得的矿井巷道冲击地压模拟试验方法也不相同， 上述现有技术不能充分体现冲击地压对巷道危险的相关模拟， 因此， 现有技术还有待于进 一步改进。 发明内容 [0006]本发明的目的在于提供一种矿井巷道冲击地压模拟试验方法， 其可以实现对模拟 巷道变形 的定性分析， 通过引入非牛顿流体支护结构来模拟矿井巷道冲击地压， 可以实现 该环境下 巷道力学 特征行为的模拟。 [0007]为了实现上述目的， 本发明采用了以下技 术方案： [0008]一种矿井巷道冲击地压模拟试验方法， 其所采用的试验系统包括： 试验框体、 加载 机构、 巷道结构和位于巷道结构周围用于模拟构造的相似材 料结构； [0009]所述的加载机构位于所述的试验框架的顶部， 用于对相似材 料结构施加载荷； [0010]所述的试验框体为密闭结构， 且至少一 面是由可视化材 料制作而成； [0011]所述的巷道结构位于试验框体的底部， 包括巷道体和用于对该巷道体进行支护的 支护体， 所述的巷道体由铁丝网制作而成， 所述的支护体包括容纳腔体和位于容纳腔体内 的非牛顿流体， 在所述的容纳腔体上设置有进口， 通过所述的进口向容纳腔体内注入非牛 顿流体， 所述的支护体与巷道体的形状相配合， 以形成对巷道体的支护； [0012]所述的相似材料结构包括自下而上依次铺设的第三相似模拟 材料层、 第五相似模说　明　书 1/5 页 3 CN 114993860 A 3