[發(fā)明專利]煤層開(kāi)采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510049794.5
• 申請(qǐng)日: 2015-01-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104597225A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉建功;海龍;高會(huì)春;曾瑞萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北煤炭科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G01N33/24
• 分類號(hào): G01N33/24
• 代理公司: 石家莊國(guó)為知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 13120
• 代理人: 米文智

1.一種煤層開(kāi)采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述實(shí)驗(yàn)裝置包括若干個(gè)電熔蠟裝置（1）、電源（2）以及若干個(gè)開(kāi)關(guān)（4），所述一個(gè)電熔蠟裝置（1）和一個(gè)開(kāi)關(guān)（4）串聯(lián)后形成一條電熔蠟控制支路，若干條電熔蠟控制支路并聯(lián)在電源（2）的兩端。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層開(kāi)采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述電熔蠟裝置包括底座（5）、頂蓋（7）以及電熔蠟組件，所述電熔蠟組件包括紙筒（9）、位于紙筒內(nèi)的固化蠟以及位于固化蠟內(nèi)的電阻絲（6），所述電熔蠟組件的一端與底座（5）固定連接，所述頂蓋（7）蓋合于電熔蠟組件的另一端，所述電阻絲（6）的兩端分別連接有一條電線（3）。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤層開(kāi)采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述底座（5）和頂蓋（7）為盆狀結(jié)構(gòu)，所述底座（5）和頂蓋（7）的側(cè)壁上設(shè)有電線孔（8），與所述電阻絲（6）連接的電線（3）通過(guò)所述電線孔（8）向電熔蠟裝置（1）的外側(cè)引出。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤層開(kāi)采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述電阻絲（6）為螺旋狀電阻絲。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層開(kāi)采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述頂蓋（7）和底座（5）采用不導(dǎo)電耐高溫材料制成。

6.一種煤層開(kāi)采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于所述方法包括如下步驟：

（1）將兩根電線（3）分別與電阻絲（6）的兩端連接，制作一個(gè)紙筒（9），紙筒（9）高度根據(jù)模擬煤層的開(kāi)采厚度確定，用紙筒（9）圍住電阻絲（6），并使上述兩根電線（3）穿過(guò)所述紙筒（9），將蠟質(zhì)材料融化灌入紙筒（9）內(nèi)，凝固后與電阻絲（6）結(jié)合成一個(gè)柱體，然后將該柱體放置于底座（5）內(nèi)并固定，將頂蓋（7）蓋合在該柱體上；

（2）將上述兩根電線（3）分別穿過(guò)底座（5）和頂蓋（7）上設(shè)置的電線孔（8）；

（3）在三維物理模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)上堆筑底板模擬巖層，堆筑時(shí)在設(shè)定位置埋設(shè)壓力和位移傳感器并將傳感器信號(hào)線引出模型以外；

（4）根據(jù)模擬要求，在預(yù)定的煤層開(kāi)挖位置安裝多個(gè)制作好的電熔蠟裝置（1），將連接電熔蠟裝置（1）的電線（3）延伸至模型以外；

（5）在預(yù)定不開(kāi)挖的煤層位置繼續(xù)堆筑模擬煤層，進(jìn)而在模擬煤層和電熔蠟裝置（1）的上面繼續(xù)堆筑頂板模擬巖層，堆筑時(shí)在設(shè)定位置埋設(shè)壓力和位移傳感器；

（6）將上述所有的傳感器信號(hào)線連接到壓力和位移信號(hào)測(cè)量裝置上；

（7）在連接電熔蠟裝置（1）的電線（3）上設(shè)置開(kāi)關(guān)（4），在開(kāi)關(guān)（4）處于斷開(kāi)狀態(tài)下將電線連接在電源（2）上；

（8）模型堆筑完成后養(yǎng)護(hù)一段之間后，根據(jù)模擬煤層的開(kāi)挖順序，依次將連接于電熔蠟裝置（1）電線上的開(kāi)關(guān)（4）閉合，電阻絲（6）通電后發(fā)熱，熔化蠟質(zhì)材料，頂蓋（7）下降的高度即為煤層開(kāi)采的厚度；

（9）在開(kāi)挖過(guò)程中以及開(kāi)挖后的設(shè)定時(shí)間段內(nèi)，通過(guò)測(cè)量裝置測(cè)記煤巖層內(nèi)部壓力和位移變化情況。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的煤層開(kāi)采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于：在電熔蠟裝置（1）安裝完成后，在電熔蠟裝置（1）安裝范圍的上面鋪設(shè)一層薄紗布，防止模擬材料在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)入電熔蠟裝置內(nèi)部。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的煤層開(kāi)采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于：所述電熔蠟裝置的底座（5）下和頂蓋（7）上也可埋設(shè)壓力傳感器，并將傳感器信號(hào)線引出模型以外。