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龙图腾网获悉西山煤电(集团)有限责任公司;河南理工大学申请的专利基于裂隙分布规律的模拟装置、实验系统和方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN117079534B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-12发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202311053939.X，技术领域涉及：G09B25/02；该发明授权基于裂隙分布规律的模拟装置、实验系统和方法是由刘海东;李小平;王永;李波;简旺设计研发完成，并于2023-08-21向国家知识产权局提交的专利申请。

本基于裂隙分布规律的模拟装置、实验系统和方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种基于裂隙分布规律的模拟装置，包括底板，底板中心向上连接有注浆管，注浆管的底端开口在底板下表面处；注浆管外围设有由筛网制成的内筒，内筒外围设有由筛网制成的中筒，中筒外围设有外筒；内筒内的空间为模拟破裂区，内筒与中筒之间的环形空间为模拟塑性区，中筒与外筒之间的环形空间为模拟弹性区；本发明还公开了相应的实验系统和方法。本发明能够较为准确地确定各区的半径范围以及各区中煤的孔隙率，更真实地模拟煤层钻孔周边的破裂区、塑性区和弹性区的实际情况，通过注浆实验获取浆液在被模拟的实际煤层中的扩散规律，从而确定最佳的注浆参数，更好地指导实际煤层中的注浆封孔作业。

本发明授权基于裂隙分布规律的模拟装置、实验系统和方法在权利要求书中公布了：1.基于裂隙分布规律的模拟装置，其特征在于：包括圆形底板，底板中心向上连接有注浆管，注浆管为花管，注浆管的底端开口在底板下表面处；注浆管外围设有由筛网制成的内筒，内筒外围设有由筛网制成的中筒，中筒外围设有外筒，内筒、中筒和外筒均向下与底板相连接； 内筒内的空间为模拟破裂区，内筒与中筒之间的环形空间为模拟塑性区，中筒与外筒之间的环形空间为模拟弹性区；模拟破裂区、模拟塑性区和模拟弹性区中均填充有采自被模拟煤层的煤； 模拟破裂区的外圆半径大于等于R0并小于等于R1；其中，R0为被模拟的实际煤层中的钻孔半径，单位为米； R1＝R0{（P0+Ccotφ）（1－sinφ）（1+sinφ）（Pr+Ccotφ）}1－sinφ2sinφ； P0为原始应力，在钻孔前由被模拟的实际煤层测量而得，单位为兆帕； C为煤体粘聚力，单位为兆帕，由被模拟的实际煤层测量而得； φ为煤体内摩擦角，单位为度，由被模拟的实际煤层测量而得； Pr为钻孔支护力，单位为MPa，是被模拟的实际煤层中的钻孔的钻孔支护力，由被模拟的实际煤层的工作人员确定并实施； 模拟塑性区的外圆半径小于等于R2； R2=R0{（P0+Ccotφ）（1－sinφ）（Pr+Ccotφ）}1－sinφ2sinφ； 模拟弹性区的外圆半径R2＝5R0； 模拟破裂区中填充的煤的孔隙率为∅1，∅1等于钻孔周围的最大孔隙率∅max，由被模拟煤层中的钻孔周边的煤体测得； 模拟塑性区中填充的煤的孔隙率为∅2；∅2＝（∅max－∅a）（σ－σs）（σc－σs）+∅0； ∅a=1－（1―∅0）（1+εv）{1+β∆T－3α（1－2u）（p1―p2）E－2aρRTkv3Vmln[（1+bp1）1+bp2]}； ∅a是煤体处于弹性压缩状态时单位体积的孔隙率， a为煤的瓦斯吸附常数，物理含义是当瓦斯压力趋向无穷大时，煤的可燃质极限瓦斯吸附量，对所填充的煤取样后通过吸附实验测定而得； σ为钻孔施工后，作用在钻孔孔壁处单位面积的煤体上的法向总压力，单位为兆帕； σc是剪切弹性模量，单位为兆帕，对煤进行测定而得； σs是煤的屈服强度，单位为兆帕，对由实际煤层获取的煤样进行抗压实验而测得； ∅0为煤体初始孔隙率，对由实际煤层获取的煤样进行测定而得； εv是煤体体积应变，无量纲，即煤体受力时的体积变化，对由实际煤层获取的煤样进行测定而得； β是煤体热膨胀系数，单位是立方米开尔文，对由实际煤层获取的煤样进行测定而得； ∆T为煤在实际煤层中埋藏时的温度与室温之间的温度差， 温度差，单位为开尔文，测量而得； α是孔隙压力系数，单位是兆帕立方米，对由实际煤层获取的煤样进行测定而得； u是煤体变形位移，单位为米；对由实际煤层获取的煤样进行测定而得； p0为煤层初始孔隙压力，单位为兆帕，在实际煤层中进行测量而得； p1是钻孔前煤层的孔隙压力，p2为钻孔后煤层的孔隙压力，p1和p2的单位均为MPa，在试钻孔前后对煤层进行测定而得； E为煤体的弹性模量，单位为兆帕，对由实际煤层获取的煤样进行测定而得； ρ为煤体视密度，单位为吨立方米，对由实际煤层获取的煤样进行测定而得； R为气体摩尔常数； T为实际煤层中的煤体温度，单位为开尔文； kv为煤的体积模量，单位为兆帕，对由实际煤层获取的煤样进行测定而得； Vm为气体摩尔体积，单位为立方米摩尔，对由实际煤层获取的瓦斯气体测定而得； b为煤的瓦斯吸附常数，b=1pl；pl为兰氏压力，物理意义是煤对甲烷吸附量达到兰格缪尔体积的一半时所对应的压力，对所填充的煤取样后通过吸附实验测定而得； 模拟弹性区中填充的煤的孔隙率为∅3；∅3＝1－（1―∅0）（1+εv）{1+β∆T－α（p1―p2）（kvE）－（2aρRTkv）3Vmln[（1+bp1）1+bp2]}。

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