CN111175121A - 巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统及使用方法

技术领域

本发明涉及矿山开采技术领域，尤其涉及一种巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统及使用方法。

背景技术

冲击地压是国内井工煤矿开采中遇到的严重动力灾害，其具有突发性、瞬时性、巨大破坏性等特点。矿山开发过程中，冲击地压等煤矿动力灾害事故时常发生，且伴随且随着我国矿井开采深度和开采强度的增加愈演愈烈，成为深部矿井安全高效开采的一大威胁。目前，我国煤矿冲击地压局部解危所采取的措施主要包括深孔断顶爆破、钻孔卸压、断底爆破、顶板水力压裂等方法。而钻孔卸压因其具有施工工艺简单、卸压成本低、易操作、对生产影响小等优点，在现场实践过程中得到广泛应用。钻孔卸压措施是通过在巷道围岩中施工一系列钻孔，释放煤(岩)体中集聚的弹性能并给煤岩体变形提供补偿空间，使得煤(岩)体的应力状态发生变化，应力升高区转移到煤(岩)体的深部，以此来改善巷道围岩的应力环境，控制冲击地压的发生。

钻孔卸压本质是对煤岩体力学性质的改变，使得煤岩体应力重新分布从而防治冲击地压的发生，其应用最关键部分为钻孔布置参数设计，包括钻孔布置方式、钻孔间排距、钻孔深度、钻孔直径、卸压时机等。如钻孔布置过密，会出现过度卸压，破坏支护体整体性和稳定性，提高卸压成本；钻孔布置过疏，卸压不充分，会造成巷帮煤(岩)体新的应力集中，增加煤(岩)体冲击危险。然而目前关于钻孔布置参数对巷道围岩卸压效果的影响以及卸压区分布规律的研究多集中于现场实践，钻孔参数布置主要依靠现场经验和工程类比来确定，导致现场防治过程中常常出现卸压未能有效防治冲击地压或过度卸压的情况，对于钻孔卸压的理论研究滞后于其实践应用。

而相似材料模拟作为岩土工程和采矿工程研究过程的重要试验手段，近年来已经成为国内外进行重大岩体工程可行性研究不可缺少的方法之一。相似材料模拟试验是在试验室利用相似材料，依据现场柱状图和煤岩体物理力学性质，按照相似理论和相似准则，制作与现场相似的模型然后进行模拟的试验，可为现场提供决策依据。

目前国内外研发了多种相似材料试验系统，如国家发明专利“201410831360.6”公开了一种三向精确定位相似模拟巷道微型钻机，可实现相似模拟巷道钻孔作业；国家实用新型专利CN201822159225.8公开了一种实验室自动钻进易移动多功能仿真锚杆锚固试验台，可实现实验室内对模拟巷道锚杆护的锚固过程。综上可知，尽管已有多种不同类型可对相似材料试验体进行钻进设备，但其都难以对钻进参数进行很好的调控。因此，为了更好地满足现场冲击地压防治对该措施的要求，实现钻孔布置参数对巷道围岩卸压效果的影响以及卸压区分布规律的研究，现有技术有待进一步改进。

发明内容

本发明主要是针对现有技术中不同钻孔卸压参数下煤岩体应力的重新分布规律较难获得的技术问题，设计了一种可建立钻孔卸压各参数对冲击危险性巷道卸压效果定量关系的巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统及其使用方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明提供的巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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所述丝杆定位板相连接，

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。

进一步地，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。

进一步地，所述控制单元包括计算机与电液伺服控制系统。

本发明的巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统的使用方法，其包括以下步骤：

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；具体包括：设置其它钻进参数进行钻进，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。

进一步地，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。

本发明的有益效果在于：

1、设置的竖向加载装置各液压油缸相互独立运动，可模拟采动应力演化过程。竖向液压油缸的冲击块与吸引块内部设置磁感线圈，通过改变通过磁感线圈的电流大小与方向改变其磁性，进而改变其相互作用力，实现对相似材料试验体可控动载的施加。而左右、后部液压油缸均为多压头，可实现水平应力的梯度加载。

2、钻进系统单元采用走向运动电机带动走向运动螺纹杆，配合钻机放置板的导向槽，可完成钻进钻机的精准控制与定位；采用两个贯通式丝杆伺服电机配合，实现试验室内钻机钻进过程中钻杆的自动接长，配合转轴伺服电机可实现不同钻进角度的模拟，配合升降电机及升降螺纹杆可实现不同钻进高度的模拟。

3、通过相似材料试验体模型的建立与试验，可实现试验室内对不同赋存条件下冲击危险性巷道围岩进行钻孔卸压试验的研究，通过分析不同的钻孔卸压参数包括钻孔布置方式、钻孔间排距、钻孔深度、钻孔直径、卸压时机等作用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。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统的结构示意图；

图2是本发明的巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统的主视图；

图3是本发明的巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统的右侧剖视图；

图4是本发明的巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统的竖向液压油缸的结构示意图；

图5是本发明的巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统的钻进系统的结构示意图；

图6是本发明的巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统的钻进钻机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图1-6所示，本发明的巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统，其包括：

框架结构单元1，用于分层铺设相似材料试验体6；

应力加载单元2，用于对相似材料试验体6施加不同方向的应力；本实施例中，应力加载单元2主要用于对相似材料试验体6施加左右侧、上方和后方的应力，在本发明的其他实施例中，应力加载单元2对相似材料试验体6施加应力的方向可根据实际需求进行合理设置。

钻进系统单元3，包括巷道成型模具31和钻进钻机32，巷道成型模具31设置在相似材料试验体6中，钻进钻机32可移动地设置在巷道成型模具31中，并用于模拟不同卸压参数下的钻孔施工；

监测单元4，用于监测相似材料试验体6内部的应力状况及钻进系统单元3的钻孔参数，并生成监测数据；

控制单元5，分别控制应力加载单元2和钻进系统单元3，且控制单元5还用于收集监测数据并进行分析。

具体地，框架结构单元1包括由底座11、左右反力墙12、顶部横梁13、后部反力墙14、左右侧位限位板15和前部反力挡板16，底座11、左右反力墙12、顶部横梁13、后部反力墙14围合成前部开口的腔体，左右侧位限位板15设置在腔体内，且位于底座11的左右两侧，前部反力挡板16的两端分别经螺栓17与左右侧位限位板15固定连接，底座11的上表面设有工作台，相似材料试验体6分层铺设在工作台上，且相似材料试验体6位于左右侧位限位板15、前部反力挡板16和后部反力墙14围合成的凹槽内部；

其中，前部反力挡板16上具有一开口，巷道成型模具31经过开口穿设至相似材料试验体6内。优选地，为了便于适用于不同位置钻进系统单元3的放置，前部反力挡板16可以为整体式或拼接式，且前部反力挡板16上的开口位置可根据试验巷道的位置进行定制与调整。

具体地，应力加载单元2包括分别设置在左右反力墙12、顶部横梁13和后部反力墙14上的左右液压油缸22、竖向液压油缸21和后部液压油缸24，左右液压油缸22分别穿过左右侧位限位板后15与左右多点柔性垫层23相连接，左右多点柔性垫层23与相似材料试验体6的左右两侧相接触；竖向液压油缸21与相似材料试验体6的顶部相接触，后部液压油缸24经后部多点柔性垫层25相似材料试验体6的后部相接触。本发明中，通过左右液压油缸22、竖向液压油缸21和后部液压油缸24的动作可以对相似材料试验体6左右两侧、竖向和后部施加应力，而左右多点柔性垫层23和后部多点柔性垫层25的设置可以增加应力施加的平稳性和缓冲性。

本发明中，竖向液压油缸21、左右液压油缸22、后部液压油缸24均为呈矩阵分布的多个液压油缸组合而成，矩阵分布的每个液压油缸可独立运动。这样可以使左右、后部液压油缸(22、24)均为多压头，可实现水平应力的梯度加载。

本发明中，竖向液压油缸21包括；

外缸211，外缸211的内部设有内缸212，且外缸211的下部设有吸引块216；

冲击导杆215，两端分别与吸引块216、加载板213固定连接；

冲击块214，滑动地套设在冲击导杆215上；

加载板213，连接在所述内缸212的底部，与相似材料试验体6的顶部相接触；

其中，冲击块214与吸引块216内部设置磁感线圈，冲击块214与吸引块216之间通过磁场的变化驱动冲击块214冲击加载板213。

本发明中，通过在冲击块214和吸引块216内部设置磁感线圈，通过改变磁感线圈内电流的大小与方向而改变其磁性，使冲击块214与吸引块216之间通过磁场改变其相互作用力，进而实现对相似材料试验体6可控动载的施加。

优选地，本发明的巷道成型模具31包括：

框架体，由下底311、左帮313、上顶312和右帮314依次围合而成；左帮313和右帮314上均开设有钻孔和检测孔；

钻机放置板315，设置在下底311的上表面，钻机放置板315的四周边角处经升降螺纹杆316与升降电机317相连接，升降电机317用于驱动钻机放置板315靠近或远离下底311，其中，钻机放置板315的内部长度方向上设有导向槽；

走向运动螺纹杆318，设置在导向槽内，走向运动螺纹杆318的一端与钻进钻机32螺纹连接，走向运动螺纹杆318的另一端与走向运动电机319相连接；

运料皮带3110，设置在钻机放置板315的左右两侧。

本发明中，通过升降电机317可以驱动升降螺纹杆316旋转，进而带动钻机放置板315上升或下降，从而可以调整钻机放置板315上钻进钻机32的高度位置。而走向运动电机319可以带动走向运动螺纹杆318旋转，从而可改动钻进钻机32在水平方向的位置。

本发明中，钻进钻机32包括结构相同的钻进侧钻进钻机和非钻进侧钻进钻机，钻进侧钻进钻机包括：

钻机底座321，与走向运动螺纹杆318相配合，且钻机底座321的内部设有转轴伺服电机322，转轴伺服电机322经转轴323与贯通式丝杆伺服电机324相连接；

定位板固定杆326，连接在贯通式丝杆伺服电机324的外表面，定位板固定杆326的末端与丝杆定位板325相连接，

可接长钻杆327，一端穿过丝杆定位板325后与贯通式丝杆伺服电机324相连接；

钻头328，连接在可接长钻杆327的另一端。

本发明中，钻进侧钻进钻机和非钻进侧钻进钻机的设置主要用于对可接长钻杆327进行接长，从而提高其适用范围。优选地，通过转轴伺服电机322的旋转即可调节贯通式丝杆伺服电机324在水平面内的角度，进而调节钻头328的位置。

本发明的监测单元4包括：

应力监测膜41，设置在相似材料试验体6中；

应力监测器42，布置在左帮313和右帮314的检测孔内；

位移监测器，设置于钻进钻机的内部；

信号收集器，分别与应力监测膜41、应力监测器42、位移监测器和控制单元5相连接。

本发明中，控制单元5包括计算机51与电液伺服控制系统52。通过计算机51设定好的应力参数及钻进参数，控制电液伺服控制系统52完成对相似材料试验体6应力参数的施加及钻进钻机32钻进参数的调整，并将信号收集器所传回参数的储存与显示。

本发明的巷道围岩钻孔卸压相似模拟试验系统的使用方法，其包括以下步骤：

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6中各模拟岩层厚度和材料配比；预设巷道成型模具31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；具体地，步骤S2包括：

S21、根据需要模拟的煤层厚度，加装前部反力挡板16，在工作台上铺设相似材料试验体6并夯实；

S22、将相似材料试验体6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41，同时，将前部反力挡板16依次从下往上安装好，铺设完成后将相似材料试验体6晾干；

S3、对相似材料试验体施加应力；具体地，步骤S3包括：通过控制单元5的计算机51设定各个方向的补偿压力值，由控制单元5的电液伺服控制系统52控制应力加载单元2进行加载，对相似材料试验体6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；本发明的步骤S4包括：

S41、通过计算机51预设的钻进位置，由电液伺服控制系统52带动钻进侧钻进钻机移动到指定位置，通过转轴伺服电机322旋转将贯通式丝杆伺服电机324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43监测可接长钻杆327的钻进长度；

S43、当可接长钻杆327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52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327的接长；

S44、钻进过程中产生的碎屑，通过设置在钻机放置板315两侧的运料皮带3110排出；

S45、钻进到指定深度后，停止钻进侧钻进钻机的钻进；

S5、调整钻进参数，直至完成所需的不同位置的钻进；本发明的步骤S5包括：设置其它钻进参数进行钻进，当钻孔高度改变时，由电液伺服控制系统52带动升降电机317，使钻机放置板315通过升降螺纹杆316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。

本实施例中，将钻进侧钻进钻机的贯通式丝杆伺服电机324进行反转退出可接长钻杆327，同时，通过位移监测器监测可接长钻杆327退出长度，当可接长钻杆327退出一定长度后，电液伺服控制系统52带动非钻进侧钻进钻机调整到适当位置，从钻进侧钻进钻机后部进行可接长钻杆327的拆卸。其中，退钻杆过程与接钻杆过程操作流程相反。

综上所示，本发明的优点在于：

1)、通过相似材料试验体铺设的模拟模型建立，可实现试验室内实现对不同赋存条件下冲击危险性巷道围岩进行钻孔卸压试验的研究，通过分析不同的钻孔卸压参数包括钻孔布置方式、钻孔间排距、钻孔深度、钻孔直径、卸压时机等作用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。

2)、钻进系统单元采用走向运动电机带动走向运动螺纹杆，配合钻机放置板的导向槽，可完成钻进钻机的精准控制与定位；采用两个贯通式丝杆伺服电机配合，实现试验室内钻机钻进过程中钻杆的自动接长，配合转轴伺服电机可实现不同钻进角度的模拟，配合升降电机及升降螺纹杆可实现不同钻进高度的模拟。

3)、竖向加载装置的各液压油缸独立运动，可模拟采动应力演化过程。冲击块与吸引块内部设置磁感线圈，通过改变电流大小与方向而改变其磁性，冲击块与吸引块之间通过磁场的改变进而改变其相互作用力，实现对相似材料试验体可控动载的施加。而左右、后部液压油缸均为多压头，可实现水平应力的梯度加载。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (10)

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。

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