本發(fā)明屬于煤礦工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鉆屑法預(yù)測沖擊地壓實驗?zāi)M系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在我國，沖擊地壓作為一種特殊的礦壓顯現(xiàn)形式已成為煤礦開采、特別是深部開采礦井的主要災(zāi)害。鉆屑法可以測定支承壓力分布特點，即支承壓力峰值大小及其距煤壁的遠(yuǎn)近，進(jìn)而預(yù)測沖擊地壓。鉆屑法是通過在煤層中鉆入小直徑鉆孔，根據(jù)鉆孔在不同深度鉆出的鉆屑量及其變化規(guī)律和有關(guān)動力現(xiàn)象判斷沖擊地壓危險的一種可靠方法。但是因井下測量條件所限，煤體支承應(yīng)力及氣體壓力難以準(zhǔn)確測定，而且井下鉆屑法施工設(shè)備相對落后，及測定結(jié)果誤差較大，存在較多人為因素最終導(dǎo)致利用鉆屑法預(yù)測沖擊地壓的可靠性較低。

因此，為了提高井下利用鉆屑法預(yù)測沖擊地壓的有效性，在實驗室內(nèi)對鉆屑法預(yù)測沖擊地壓的過程進(jìn)行精細(xì)化模擬、根據(jù)實驗結(jié)果分析鉆屑法預(yù)測沖擊地壓的機(jī)理是必要的?，F(xiàn)有方法多采用實驗機(jī)對煤體加載支承壓力，只能研究單一應(yīng)力水平下的鉆孔效應(yīng)，且不能同時加載氣體壓力，因此需要一種可以同時模擬煤礦井下支承壓力和氣體壓力的鉆屑法預(yù)測沖擊地壓實驗的模擬系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理，實現(xiàn)對鉆屑法預(yù)測沖擊地壓全過程的動態(tài)連續(xù)監(jiān)測，有助于通過鉆屑法推斷前方煤體地質(zhì)條件，判斷前方煤體的沖擊地壓危險性，進(jìn)而為沖擊地壓防治和安全生產(chǎn)提供依據(jù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種鉆屑法預(yù)測沖擊地壓實驗?zāi)M系統(tǒng)及方法，其結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理，可同時模擬礦井工作面前方煤體承受的不同的支承壓力和瓦斯壓力，并可實時監(jiān)測鉆孔施工過程中鉆機(jī)的扭矩和推力，為井下技術(shù)人員根據(jù)工作面前方煤體的鉆孔推進(jìn)距離與沖擊危險指標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系的研究提供依據(jù)，有利于通過鉆屑法推斷前方煤體地質(zhì)條件，判斷前方煤體的沖擊地壓危險性，進(jìn)而為沖擊地壓防治和安全生產(chǎn)提供依據(jù)，實用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種鉆屑法預(yù)測沖擊地壓實驗?zāi)M系統(tǒng)，其特征在于：包括用于模擬井下工作面的實驗裝置、用于對實驗裝置中的煤體進(jìn)行不同支承壓力加載的液壓加載裝置、用于對實驗裝置中的煤體進(jìn)行不同氣體壓力加載的氣壓加載裝置、用于對實驗裝置中的煤體進(jìn)行鉆屑的鉆屑裝置和用于稱量鉆屑量的稱重裝置；所述實驗裝置包括實驗臺底座、設(shè)置在實驗臺底座上且用于裝載煤體的缸體和用于對缸體進(jìn)行密封的密封蓋，所述密封蓋包括第一密封蓋和與第一密封蓋拼接的第二密封蓋，所述第一密封蓋和第二密封蓋的拼接位置處開設(shè)有多個第一通孔，所述缸體包括底板、前側(cè)板、后側(cè)板、左側(cè)板和右側(cè)板，所述缸體前側(cè)板上設(shè)置有第二通孔和用于密封第二通孔的擋板，所述缸體的底板內(nèi)壁、左側(cè)板內(nèi)壁和右側(cè)板內(nèi)壁均設(shè)置有透氣板，所述透氣板上設(shè)置有導(dǎo)氣槽和透氣孔，所述缸體的底板、左側(cè)板和右側(cè)板上均設(shè)置有與所述透氣孔對應(yīng)的導(dǎo)氣孔。

上述的一種鉆屑法預(yù)測沖擊地壓實驗?zāi)M系統(tǒng)，其特征在于：所述液壓加載裝置包括設(shè)置在實驗臺底座上的實驗臺架、通過第一通孔伸入缸體內(nèi)部的活塞柱、用于對活塞柱加壓的液壓千斤頂和用于對液壓千斤頂提供液壓動力的液壓泵，所述實驗臺架包括多個底端固定在實驗臺底座上的立柱和一個固定設(shè)置在立柱頂端的千斤頂固定架，所述液壓千斤頂?shù)跹b在千斤頂固定架上，所述活塞柱為“工”字型活塞柱，所述液壓泵與液壓千斤頂通過液壓管路連接，所述液壓管路包括一個液壓干路和多個液壓支路，所述液壓干路上設(shè)置有干路液壓表，每個所述液壓支路上均設(shè)置有液壓閥門和支路液壓表，所述活塞柱、液壓千斤頂和支路液壓表的個數(shù)相同。

上述的一種鉆屑法預(yù)測沖擊地壓實驗?zāi)M系統(tǒng)，其特征在于：所述氣壓加載裝置包括真空泵、氣體鋼瓶、三通管以及通過三通管與真空泵和氣體鋼瓶連接的氣體管路，所述三通管與氣體鋼瓶之間的管路上設(shè)置有第一閥門和第一壓強(qiáng)表，所述三通管與真空泵之間的管路上設(shè)置有第二閥門，所述氣體管路上連接有多個氣體通道，每個所述氣體通道均包括兩個側(cè)面氣體支路和一個底面氣體支路，兩個所述側(cè)面氣體支路分別與缸體左側(cè)板的導(dǎo)氣孔和右側(cè)板的導(dǎo)氣孔相接，所述底面氣體支路與缸體底板的導(dǎo)氣孔相接，所述氣體通道上設(shè)置有第三閥門和第二壓強(qiáng)表。

上述的一種鉆屑法預(yù)測沖擊地壓實驗?zāi)M系統(tǒng)，其特征在于：所述鉆屑裝置包括鉆臺、設(shè)置在鉆臺上的鉆機(jī)和與鉆機(jī)連接的鉆桿，所述鉆機(jī)與鉆桿的連接位置處設(shè)置有用于實時監(jiān)測鉆桿扭矩和推力的扭矩推力傳感器。

上述的一種鉆屑法預(yù)測沖擊地壓實驗?zāi)M系統(tǒng)，其特征在于：所述稱重裝置為電子秤，所述電子秤設(shè)置在鉆臺的下方。

上述的一種鉆屑法預(yù)測沖擊地壓實驗?zāi)M系統(tǒng)，其特征在于：還包括套裝在活塞柱上用于密封第一通孔的密封圈。

本發(fā)明還提供了一種鉆屑法預(yù)測沖擊地壓實驗?zāi)M方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、組裝鉆屑法預(yù)測沖擊地壓實驗?zāi)M系統(tǒng)，其具體過程為：

步驟101、在缸體的底板內(nèi)壁、左側(cè)板內(nèi)壁和右側(cè)板內(nèi)壁鋪設(shè)透氣板，使透氣板上的透氣孔與缸體上的導(dǎo)氣孔對應(yīng)，用擋板密封住缸體上的第二通孔；

步驟102、將缸體固定在實驗臺底座上；

步驟103、將煤粉和水均勻混合后形成煤體，將煤體鋪設(shè)在缸體中并壓實，確保煤體上表面平整，并確保煤體的上表面高于第二通孔；

步驟104、將活塞柱穿過設(shè)置在密封蓋上的第一通孔，并將密封蓋固定連接在缸體上，使活塞柱壓在缸體內(nèi)的煤體上；

步驟105、在實驗臺底座上安裝實驗臺架，液壓千斤頂?shù)跹b在實驗臺底座上，使液壓千斤頂?shù)捻旑^壓在活塞柱上；

步驟106、將氣體通道的兩個側(cè)面氣體支路分別與缸體左側(cè)板的導(dǎo)氣孔和右側(cè)板的導(dǎo)氣孔相接，將氣體通道的底面氣體支路與缸體底板的導(dǎo)氣孔相接，將氣體通道與氣體管路相接，氣體管路通過三通管連接真空泵和氣體鋼瓶；

步驟107、將鉆機(jī)水平安裝在鉆臺上；

步驟108、將電子秤放置在鉆臺的下方；

步驟二、對實驗裝置中的煤體加載支承壓力：根據(jù)煤礦井下工作面的支承壓力特征曲線，按比例得到實驗條件下需要加載的支承壓力，確定各個液壓千斤頂?shù)募虞d壓力；調(diào)整液壓閥門，啟動液壓泵，使各個液壓千斤頂均達(dá)到預(yù)定壓力，然后穩(wěn)壓15min；

步驟三、對實驗裝置中的煤體加載模擬瓦斯壓力：穩(wěn)壓后打開第二閥門，關(guān)閉第一閥門，打開真空泵，對缸體抽真空，抽真空時間至少為16h；抽真空后，根據(jù)煤礦井下工作面的煤體氣體壓力分布情況，確定實驗條件下缸體內(nèi)需要加載的氣體壓力，關(guān)閉第二閥門，調(diào)整第一閥門，對缸體進(jìn)行充氣，充氣時間至少為24h；

步驟四、進(jìn)行鉆屑法探測沖擊地壓實驗，其具體過程如下：

步驟401、移開擋板：待對步驟三中所述缸體完成充氣后，移開擋板；

步驟402、鉆桿鉆入煤體，其具體過程如下：

步驟a、將第1根所述鉆桿安裝在鉆機(jī)上，鉆機(jī)帶動所述鉆桿通過第二通孔鉆入煤體；

步驟b、將第m根所述鉆桿安裝在鉆機(jī)上，鉆機(jī)帶動第m根所述鉆桿通過第二通孔并沿第m-1根所述鉆桿的鉆入方向鉆入煤體，其中，m＝2,3，...，n，n為≥4的正整數(shù)；

步驟c、重復(fù)步驟b，直至完成第n根所述鉆桿鉆入煤體的過程；

步驟403、記錄參數(shù)：記錄步驟二中干路液壓表和支路液壓表上顯示的支承壓力參數(shù)，記錄步驟三中第一壓強(qiáng)表和第二壓強(qiáng)表上顯示的模擬瓦斯壓力參數(shù)，利用扭矩推力傳感器記錄鉆桿的扭矩和推力變化情況，利用電子秤分別記錄除第1根以外的n-1根鉆桿的鉆屑量；

步驟五、結(jié)果輸出，其具體過程如下：

步驟501、保持第一閥門位置不變，調(diào)整液壓閥門，改變支承壓力，重復(fù)步驟二和步驟四，記錄氣體壓力相同的條件下，鉆屑量與支承壓力的對應(yīng)關(guān)系；

步驟502、保持液壓閥門位置不變，調(diào)整第一閥門，改變氣體壓力，重復(fù)步驟三和步驟四，記錄支承壓力相同的條件下，鉆屑量與氣體壓力的對應(yīng)關(guān)系；

步驟503、同時調(diào)整液壓閥門和第一閥門，重復(fù)調(diào)整步驟二、步驟三和步驟四，記錄支承壓力和氣體壓力均不同的條件下，扭矩推力傳感器監(jiān)測到的扭矩和推力的變化情況。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理，實現(xiàn)及使用操作方便。

2、本發(fā)明能根據(jù)煤礦井下工作面前方煤體支承壓力特征曲線，通過改變液壓千斤頂?shù)念A(yù)設(shè)壓力，對模擬系統(tǒng)中的煤體加載不同的支承壓力，操作方便，使用效果好。

3、本發(fā)明能依據(jù)不同礦井工作面前方煤體內(nèi)氣體壓力，通過真空泵和氣體鋼瓶對模擬系統(tǒng)中的煤體加載不同的氣體壓力，用以模擬氣體壓力，實用性強(qiáng)，使用效果好。

4、本發(fā)明通過鉆屑裝置中的扭矩推力傳感器能實時監(jiān)測鉆桿鉆入煤體的過程中，鉆桿的扭矩和推力，并通過電子秤對鉆屑量進(jìn)行稱重，可為井下技術(shù)人員根據(jù)工作面前方煤體隨鉆孔推進(jìn)距離與沖擊危險指標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系的研究提供依據(jù)，根據(jù)沖擊危險指標(biāo)判定前方煤體是否具有沖擊危險性，對沖擊地壓礦井的安全生產(chǎn)具有重要作用。

綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理，可同時模擬礦井工作面前方煤體承受的不同的支承壓力和瓦斯壓力，并可實時監(jiān)測鉆孔施工過程中鉆機(jī)的扭矩和推力，為井下技術(shù)人員根據(jù)工作面前方煤體的鉆孔推進(jìn)距離與沖擊危險指標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系的研究提供依據(jù)，有利于通過鉆屑法推斷前方煤體地質(zhì)條件，判斷前方煤體的沖擊地壓危險性，進(jìn)而為沖擊地壓防治和安全生產(chǎn)提供依據(jù)，實用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。

下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1的左視圖。

圖3為本發(fā)明透氣板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明密封蓋的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明鉆屑法預(yù)測沖擊地壓實驗?zāi)M方法的流程框圖。

附圖標(biāo)記說明:

1—實驗臺底座； 2—缸體； 3—擋板；

3-1—第二通孔； 4—透氣板； 4-1—導(dǎo)氣槽；

4-2—透氣孔； 5—活塞柱； 6-1—第一密封蓋；

6-2—第二密封蓋； 6-3—第一通孔； 7—密封圈；

8—氣體通道； 9—液壓千斤頂； 10—干路液壓表；

11—液壓閥門； 12—實驗臺架； 13—液壓管路；

14—支路液壓表； 15—液壓泵； 16—三通管；

17—氣體管路； 18—第一閥門； 19—第一壓強(qiáng)表；

20—第二閥門； 21—氣體鋼瓶； 22—真空泵；

23—電子秤； 24—鉆機(jī)； 25—鉆桿；

26—扭矩推力傳感器； 27—鉆臺； 28—第三閥門；

29—第二壓強(qiáng)表； 30—煤體。

具體實施方式

如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明包括用于模擬井下工作面的實驗裝置、用于對實驗裝置中的煤體30進(jìn)行不同支承壓力加載的液壓加載裝置、用于對實驗裝置中的煤體30進(jìn)行不同氣體壓力加載的氣壓加載裝置、用于對實驗裝置中的煤體30進(jìn)行鉆屑的鉆屑裝置和用于稱量鉆屑量的稱重裝置；所述實驗裝置包括實驗臺底座1、設(shè)置在實驗臺底座1上且用于裝載煤體30的缸體2和用于對缸體2進(jìn)行密封的密封蓋，所述密封蓋包括第一密封蓋6-1和與第一密封蓋6-1拼接的第二密封蓋6-2，所述第一密封蓋6-1和第二密封蓋6-2的拼接位置處開設(shè)有多個第一通孔6-3，所述缸體2包括底板、前側(cè)板、后側(cè)板、左側(cè)板和右側(cè)板，所述缸體2前側(cè)板上設(shè)置有第二通孔3-1和用于密封第二通孔3-1的擋板3，所述缸體2的底板內(nèi)壁、左側(cè)板內(nèi)壁和右側(cè)板內(nèi)壁均設(shè)置有透氣板4，所述透氣板4上設(shè)置有導(dǎo)氣槽4-1和透氣孔4-2，所述缸體2的底板、左側(cè)板和右側(cè)板上均設(shè)置有與所述透氣孔4-2對應(yīng)的導(dǎo)氣孔。

如圖1和圖2所示，本實施例中，所述液壓加載裝置包括設(shè)置在實驗臺底座1上的實驗臺架12、通過第一通孔6-3伸入缸體2內(nèi)部的活塞柱5、用于對活塞柱5加壓的液壓千斤頂9和用于對液壓千斤頂9提供液壓動力的液壓泵15，所述實驗臺架12包括多個底端固定在實驗臺底座1上的立柱和一個固定設(shè)置在立柱頂端的千斤頂固定架，所述液壓千斤頂9吊裝在千斤頂固定架上，所述活塞柱5為“工”字型活塞柱，所述液壓泵15與液壓千斤頂9通過液壓管路13連接，所述液壓管路13包括一個液壓干路和多個液壓支路，所述液壓干路上設(shè)置有干路液壓表10，每個所述液壓支路上均設(shè)置有液壓閥門11和支路液壓表14，所述活塞柱5、液壓千斤頂9和支路液壓表14的個數(shù)相同。

如圖1和圖2所示，本實施例中，所述氣壓加載裝置包括真空泵22、氣體鋼瓶21、三通管16以及通過三通管16與真空泵22和氣體鋼瓶21連接的氣體管路17，所述三通管16與氣體鋼瓶21之間的管路上設(shè)置有第一閥門18和第一壓強(qiáng)表19，所述三通管16與真空泵22之間的管路上設(shè)置有第二閥門20，所述氣體管路17上連接有多個氣體通道8，每個所述氣體通道8均包括兩個側(cè)面氣體支路和一個底面氣體支路，兩個所述側(cè)面氣體支路分別與缸體2左側(cè)板的導(dǎo)氣孔和右側(cè)板的導(dǎo)氣孔相接，所述底面氣體支路與缸體2底板的導(dǎo)氣孔相接，所述氣體通道8上設(shè)置有第三閥門28和第二壓強(qiáng)表29。

如圖2所示，本實施例中，所述鉆屑裝置包括鉆臺27、設(shè)置在鉆臺27上的鉆機(jī)24和與鉆機(jī)24連接的鉆桿25，所述鉆機(jī)24與鉆桿25的連接位置處設(shè)置有用于實時監(jiān)測鉆桿25扭矩和推力的扭矩推力傳感器26。

如圖2所示，本實施例中，所述稱重裝置為電子秤23，所述電子秤23設(shè)置在鉆臺27的下方。

如圖1所示，本實施例中，還包括套裝在活塞柱5上用于密封第一通孔6-3的密封圈7。

如圖5所示，本發(fā)明的鉆屑法預(yù)測沖擊地壓實驗?zāi)M方法，包括以下步驟：

步驟一、組裝鉆屑法預(yù)測沖擊地壓實驗?zāi)M系統(tǒng)，其具體過程為：

步驟101、在缸體2的底板內(nèi)壁、左側(cè)板內(nèi)壁和右側(cè)板內(nèi)壁鋪設(shè)透氣板4，使透氣板4上的透氣孔4-2與缸體2上的導(dǎo)氣孔對應(yīng)，用擋板3密封住缸體2上的第二通孔3-1；

步驟102、將缸體2固定在實驗臺底座1上；

步驟103、將煤粉和水均勻混合后形成煤體30，將煤體30鋪設(shè)在缸體2中并壓實，確保煤體30上表面平整，并確保煤體30的上表面高于第二通孔3-1；

步驟104、將活塞柱5穿過設(shè)置在密封蓋上的第一通孔6-3，并將密封蓋固定連接在缸體2上，使活塞柱5壓在缸體2內(nèi)的煤體30上；

步驟105、在實驗臺底座1上安裝實驗臺架12，液壓千斤頂9吊裝在實驗臺底座1上，使液壓千斤頂9的頂頭壓在活塞柱5上；

步驟106、將氣體通道8的兩個側(cè)面氣體支路分別與缸體2左側(cè)板的導(dǎo)氣孔和右側(cè)板的導(dǎo)氣孔相接，將氣體通道8的底面氣體支路與缸體2底板的導(dǎo)氣孔相接，將氣體通道8與氣體管路17相接，氣體管路17通過三通管16連接真空泵22和氣體鋼瓶21；

步驟107、將鉆機(jī)24水平安裝在鉆臺27上；

步驟108、將電子秤23放置在鉆臺27的下方；

步驟二、對實驗裝置中的煤體加載支承壓力：根據(jù)煤礦井下工作面的支承壓力特征曲線，按比例得到實驗條件下需要加載的支承壓力，確定各個液壓千斤頂9的加載壓力；調(diào)整液壓閥門11，啟動液壓泵15，使各個液壓千斤頂9均達(dá)到預(yù)定壓力，然后穩(wěn)壓15min；

步驟三、對實驗裝置中的煤體加載模擬瓦斯壓力：穩(wěn)壓后打開第二閥門20，關(guān)閉第一閥門18，打開真空泵22，對缸體2抽真空，抽真空時間至少為16h；抽真空后，根據(jù)煤礦井下工作面的煤體30氣體壓力分布情況，確定實驗條件下缸體2內(nèi)需要加載的氣體壓力，關(guān)閉第二閥門20，調(diào)整第一閥門18，對缸體2進(jìn)行充氣，充氣時間至少為24h；

步驟四、進(jìn)行鉆屑法探測沖擊地壓實驗，其具體過程如下：

步驟401、移開擋板：待對步驟三中所述缸體2完成充氣后，移開擋板3；

步驟402、鉆桿鉆入煤體，其具體過程如下：

步驟a、將第1根所述鉆桿25安裝在鉆機(jī)24上，鉆機(jī)24帶動所述鉆桿25通過第二通孔3-1鉆入煤體30；

步驟b、將第m根所述鉆桿25安裝在鉆機(jī)24上，鉆機(jī)24帶動第m根所述鉆桿25通過第二通孔3-1并沿第m-1根所述鉆桿25的鉆入方向鉆入煤體30，其中，m＝2,3，...，n，n為≥4的正整數(shù)；

步驟c、重復(fù)步驟b，直至完成第n根所述鉆桿25鉆入煤體30的過程；

步驟403、記錄參數(shù)：記錄步驟二中干路液壓表10和支路液壓表14上顯示的支承壓力參數(shù)，記錄步驟三中第一壓強(qiáng)表19和第二壓強(qiáng)表29上顯示的模擬瓦斯壓力參數(shù)，利用扭矩推力傳感器26記錄鉆桿25的扭矩和推力變化情況，利用電子秤23分別記錄除第1根以外的n-1根鉆桿25的鉆屑量；

步驟五、結(jié)果輸出，其具體過程如下：

步驟501、保持第一閥門18位置不變，調(diào)整液壓閥門11，改變支承壓力，重復(fù)步驟二和步驟四，記錄氣體壓力相同的條件下，鉆屑量與支承壓力的對應(yīng)關(guān)系；

步驟502、保持液壓閥門11位置不變，調(diào)整第一閥門18，改變氣體壓力，重復(fù)步驟三和步驟四，記錄支承壓力相同的條件下，鉆屑量與氣體壓力的對應(yīng)關(guān)系；

步驟503、同時調(diào)整液壓閥門11和第一閥門18，重復(fù)調(diào)整步驟二、步驟三和步驟四，記錄支承壓力和氣體壓力均不同的條件下，扭矩推力傳感器26監(jiān)測到的扭矩和推力的變化情況。

實際操作使用過程中，首先，將缸體2固定在實驗臺底座1上，在缸體2的底板內(nèi)壁、左側(cè)板內(nèi)壁和右側(cè)板內(nèi)壁分別鋪設(shè)透氣板4，所述透氣板4設(shè)置有導(dǎo)氣槽4-1的一側(cè)緊貼缸體2的內(nèi)壁，同時使透氣板4的透氣孔4-2與缸體2表面的導(dǎo)氣孔相對應(yīng)，并安裝擋板3擋住缸體2表面的第二通孔3-1；然后，將煤體30鋪設(shè)在缸體2的內(nèi)腔中，并將煤體30砸實，保證上表面平整，將多個活塞柱5依次伸入缸體2內(nèi)部，再安裝第一密封蓋6-1和第二密封蓋6-2，活塞柱5與密封蓋上的第一通孔6-3的接觸位置用密封圈7進(jìn)行密封，防止模擬瓦斯氣體壓力的氣體泄漏；其次，將液壓千斤頂9固定安裝在千斤頂固定架上，液壓泵15和液壓千斤頂9之間用液壓管路13連接，液壓管路13分為液壓干路和液壓支路兩部分，液壓干路上安裝有干路液壓表10，液壓支路上安裝有液壓閥門11和支路液壓表14，用于觀測和調(diào)整液壓加載壓力，液壓千斤頂9的頂頭壓在活塞柱5上，通過活塞柱5將壓力加載在煤體30上；再者，缸體2表面的導(dǎo)氣孔通過氣體通道8與氣體管路17連接，氣體管路17通過三通管16與真空泵22和氣體鋼瓶21相接，氣體通道8上安裝有第三閥門28和第二壓強(qiáng)表29，三通管16與氣體鋼瓶21之間的氣體管路17上設(shè)置有第一閥門18和氣壓表19，三通管16與真空泵22之間的氣體管路17上設(shè)置有第二閥門20，用于觀測和調(diào)整氣體加載壓力；接著，將鉆機(jī)24安裝在鉆臺27上，在鉆機(jī)24與鉆桿25的連接位置處安裝扭矩推力傳感器26，在鉆臺27的下方設(shè)置電子秤23。

根據(jù)煤礦井下工作面支承壓力特征曲線，確定各個液壓千斤頂9的預(yù)定壓力，啟動液壓泵15，調(diào)整各個液壓千斤頂9上的液壓閥門11，使各個液壓千斤頂9達(dá)到預(yù)定壓力后，穩(wěn)壓15min；15min后，打開第二閥門20，關(guān)閉第一閥門18，打開真空泵22，對缸體2抽真空，抽真空時間保持16h以上，根據(jù)工作面前方煤體30氣體壓力分布情況，確定缸體2內(nèi)瓦斯氣體壓力，關(guān)閉第二閥門20，打開第一閥門18，打開氣體鋼瓶21上的第一閥門18，對缸體2進(jìn)行充氣，充氣時間保持24h以上，氣體通過透氣板4分散在缸體2內(nèi)，氣體鋼瓶21內(nèi)的氣體為瓦斯氣體、CO₂或N₂；移開擋板3，將第1根所述鉆桿25安裝在鉆機(jī)24上，鉆機(jī)24帶動第1根所述鉆桿25通過第二通孔3-1鉆入煤體30，然后將第m根所述鉆桿25安裝在鉆機(jī)24上，鉆機(jī)24帶動第m根所述鉆桿25通過第二通孔3-1并沿第m-1根所述鉆桿25的鉆入方向鉆入煤體30，其中，m＝2,3，...，n，n為≥4的正整數(shù)，直至完成第n根所述鉆桿25鉆入煤體30的過程，利用電子秤23分別記錄除第1根以外的n-1根鉆桿25的鉆屑量，通過扭矩推力傳感器26記錄鉆桿25的扭矩和推力變化情況。

保持氣壓加載裝置模擬加載的氣體壓力不變的情況下，改變液壓加載裝置模擬加載的支承壓力，得到鉆屑量與支承壓力的對應(yīng)關(guān)系及變化規(guī)律；保持液壓加載裝置模擬加載的支承壓力不變的情況下，改變氣壓加載裝置模擬加載的氣體壓力，得到鉆屑量與氣體壓力的對應(yīng)關(guān)系及變化規(guī)律；同時改變液壓加載裝置模擬加載的支承壓力和氣壓加載裝置模擬加載的氣體壓力，得到鉆桿25的推力和扭矩與實驗加載條件的對應(yīng)關(guān)系及變化規(guī)律。工程技術(shù)人員根據(jù)上述結(jié)果，研究工作面前方煤體30在不同支承壓力和瓦斯壓力條件下，沖擊危險指標(biāo)隨鉆孔推進(jìn)距離的對應(yīng)關(guān)系，可以根據(jù)沖擊危險指標(biāo)反推前方的煤體30的支承壓力及瓦斯壓力的情況，根據(jù)沖擊危險指標(biāo)判定前方煤體30是否具有沖擊危險性。

以上所述，僅是本發(fā)明的實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。