[發(fā)明專利]油囊式固體充填采煤三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610257972.8
• 申請(qǐng)日: 2016-04-22
• 公開（公告）號(hào): CN105952452B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃艷利;齊文躍;李俊孟;張吉雄;宋天奇;孔國強(qiáng);王軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): E21C41/18
• 分類號(hào): E21C41/18;E21F15/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32249
• 代理人: 周中民

1.一種油囊式固體充填采煤三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：包括三維模型架(1)、油囊式充填體模擬系統(tǒng)(11)、油囊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(18)、巖層模擬體(12)和液壓泵(8)，三維模型架(1)四周設(shè)有側(cè)護(hù)板(2)，側(cè)護(hù)板(2)內(nèi)側(cè)設(shè)有側(cè)護(hù)板加載油盒(5)，三維模型架(1)設(shè)有頂部蓋板(3)，頂部蓋板(3)內(nèi)側(cè)設(shè)有頂部蓋板加載油盒(6)，側(cè)護(hù)板加載油盒(5)和頂部蓋板加載油盒(6)均通過油管(7)與液壓泵(8)相連，在由三維模型架(1)、側(cè)護(hù)板(2)和頂部蓋板(3)構(gòu)成的密封空間內(nèi)由上至下依次設(shè)有巖層模擬體(12)和油囊式充填體模擬系統(tǒng)(11)，油囊式充填體模擬系統(tǒng)(11)由多個(gè)并排布置的油囊式充填體(13)組成，油囊式充填體(13)由多個(gè)單層油囊(14)由上而下疊加而成，每個(gè)單層油囊(14)端部均設(shè)有兩個(gè)進(jìn)、出液口(15)，進(jìn)、出液口(15)通過分流箱(10)與液壓泵(8)相連；油囊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(18)包括油囊內(nèi)外壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(19)和油囊位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(20)，油囊內(nèi)外壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(19)包括設(shè)置在油囊式充填體(13)頂部的模擬巖層壓力傳感器和設(shè)置在油囊式充填體(13)內(nèi)的油泵壓力傳感器，油囊位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(20)包括設(shè)置在油囊式充填體(13)頂部的位移傳感器。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油囊式固體充填采煤三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述進(jìn)、出液口(15)設(shè)有油囊自控液壓閥(16)，所述分流箱(10)設(shè)有分流油路自控液壓閥(17)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種油囊式固體充填采煤三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述油囊式充填體(13)的總厚度為2～10cm、寬度為5～10cm、長度為100～200cm，所述單層油囊(14)的厚度為1～2cm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述實(shí)驗(yàn)裝置的油囊式固體充填采煤三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步驟：

a、根據(jù)相似模擬條件及公式確定油囊式充填體(13)長度、寬度及總厚度，試驗(yàn)測(cè)定煤層開采過程中實(shí)際充填材料在實(shí)際壓實(shí)條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線；

b、首先在三維模型架(1)上安裝側(cè)護(hù)板(2)及側(cè)護(hù)板加載油盒(6)，將油囊式充填體(13)、巖層模擬體(12)按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的順序依次鋪設(shè)在三維模型架(1)內(nèi)，對(duì)油囊式充填體(13)進(jìn)液加壓，最后在三維模型架(1)的頂部安裝頂部蓋板(3)和頂部蓋板加載油盒(6)，對(duì)巖層模擬體(12)、油囊式充填體(13)施加等效的計(jì)算載荷；

c、利用油囊式充填體(13)抽液卸壓來模擬煤層開采過程，開挖煤層的長度即為油囊式充填體(13)長度，采高即為油囊式充填體(13)總厚度，開挖步距為油囊式充填體(13)寬度，利用油囊式充填體(13)進(jìn)液加壓來模擬采空區(qū)充填；

d、采空區(qū)充填完畢后，根據(jù)油囊式充填體(13)內(nèi)外壓、油囊式充填體頂部位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際充填材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線對(duì)油囊式充填體(13)變形量進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)整，進(jìn)而模擬填充材料的壓實(shí)過程。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的油囊式固體充填采煤三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于：在模擬采空區(qū)充填過程中，利用油囊式充填體(13)單層油囊的充液層數(shù)變化模擬充填開采的不同充實(shí)率。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的油囊式固體充填采煤三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于：模擬填充材料的壓實(shí)過程中，通過用油囊式充填體(13)單層油囊的充液層數(shù)變化來調(diào)整油囊式充填體(13)的變形量。