[實用新型]一種煤層相似模擬實驗裝置

有效

• 申請號: 201420723189.2
• 申請日: 2014-11-27
• 公開（公告）號: CN204287174U
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 郭玉森;劉謙;林世豪;王世潭;張文武;何慶標;賴永明;林璐瑤
• 申請（專利權）人: 龍巖學院
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 廈門市新華專利商標代理有限公司 35203
• 代理人: 朱凌

技術領域

本實用新型涉及一種煤層相似模擬實驗領域技術，特別是指一種實驗室模擬煤層采動后上覆巖層變化形態的裝置。

背景技術

礦井煤層開采后，上覆巖層隨工作面的推進在采場垂直方向上形成垮落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶，?“覆巖三帶”的準確劃分是“三下采煤”可行性研究和設計、覆巖離層充填技術研究和應用、突出礦井保護層選擇和開采設計，以及上鄰近層瓦斯抽放研究和實施的依據。同時，隨著煤層工作面的推進，工作面前方的應力也在發生變化，掌握工作面前方應力分布對巷道支護具有重要意義。目前，研究采空區三帶、工作面前方應力變化規律方面，技術手段很多，其中實驗室相似模擬實驗是一種重要手段。眾多學者采用相似模擬實驗取得了驅動重要研究成果（李樹剛，2013，礦業安全與環保；劉秀英，2004，太原理工大學學報）。

傳統的相似模擬實驗裝置，是在長方體試驗框架內填入模擬煤層和巖層的相似材料，相似材料主要有河砂、碳酸鈣、石膏按照配比構成，巖層用電動錘或鐵鎬夯實，從而制成模型；通過人工逐次開挖一段距離的煤層模擬材料，模擬出采礦的推進過程。傳統實驗裝置在模擬工作面推進時，需要借助工具逐步開挖模擬煤層的材料，這種方式不僅費時費力，而且不能保證每次開挖的距離相同。中國專利（申請號200810128331.8）公布了一種相似模擬和物理模擬相結合的采場礦壓機械模擬試驗臺，利用模擬橡膠板煤層底板、氣囊模擬煤層、由若干橡膠塊和硬質材料塊連接成整體的層狀結構模擬老頂；由于氣囊的膨脹不均勻，會影響頂板壓力測定的可靠性；由于煤層開采過后，頂板由于卸壓而出現膨脹變形現象，層狀結構體現不出這種現象；同時，相似模擬是基于“相似三定律”而建立的，由于橡膠的應力、容重固定，不能體現各個巖層的差異。文獻（采場下伏煤巖體卸壓作用原理及在被保護層卸壓瓦斯抽采中的應用，王海鋒，2008）利用石蠟易熔化的特性，采用石蠟加熱熔化方案代替煤層開挖，這種方法可以避免傳統方法開挖的弊端，但是實驗中是石蠟融化時間長大69min，從而造成實驗周期長；另外，石蠟容易變形，在夯實模型的過程中，很難保證石蠟的厚度達到模擬煤層的高度。

實用新型內容

有鑒于此，本實用新型針對現有技術存在之缺失，其主要目的是提供一種結構簡單、精確模擬開挖步距的煤層相似模擬實驗裝置。

為實現上述目的，本實用新型采用如下之技術方案：

一種煤層相似模擬實驗裝置，包括有模型架、底板、煤層、上覆巖層、加壓裝置以及液壓泵，該底板、煤層、上覆巖層以及加壓裝置從下往上依次疊設于模型架內；該煤層包括有開挖煤層與保護煤柱，該保護煤柱分布于開挖煤層的兩側，該開挖煤層與保護煤柱均由合金塊構成，該液壓泵設置于模型架外，該液壓泵通過膠管與合金塊連接。

作為一種優選方案，所述合金塊的長度為20~30cm，寬度為5~10cm，厚度為2~10cm，開挖煤層的長度為150~200cm，保護煤柱的長度為20~40cm。

作為一種優選方案，所述合金塊具有第一進液口、第二進液口、第一出液口以及第二出液口，該第一出液口設置于合金塊的左側上方，該第二出液口設置于合金塊的底部，該第一進液口與第一出液口連通，該第二進液口與第二出液口連通，前述膠管連通第一進液口與第二進液口。

作為一種優選方案，所述第一出液口為整排間隔均勻地設置，該第一出液口距離合金塊的左側上邊界為2~6mm，相鄰兩個第一出液口之間間距為4~6cm，每個第一出液口的直徑為3~6mm，該第一進液口到每個第一出液口之間的距離均相同。

作為一種優選方案，所述第二出液口為兩排間隔均勻地設置，該兩排第二出液口關于合金塊的中心線對稱，相鄰兩個第二出液口之間間距4~6cm，每個第二出液口的直徑為3~6mm，該第二進液口到每個第二出液口之間的距離均相同。

作為一種優選方案，所述液壓泵的流量控制在20~200ml/min，壓力控制在0.01~0.2MPa。

本實用新型與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果，具體而言，由上述技術方案可知，

通過利用合金塊來代替模擬煤層的開采部分，并配合在合金塊的表面涂一層環氧樹脂材料，再利用環氧樹脂溶解液將其溶解，代替了人工開挖煤層，可以精確開挖步距，減少了實驗所需時間；且不僅可以減小手工開挖模型在尺寸上的誤差，還可以降低開挖模型的勞動強度，同時可以避免開挖過程中產生的揚塵。

為更清楚地闡述本實用新型的結構特征和功效，下面結合附圖與具體實施例來對本實用新型進行詳細說明。

附圖說明

圖1是本實用新型之較佳實施例模擬一層煤的結構示意圖；