[發(fā)明專利]一種礦山立體物理模擬煤巖層裝填及開采方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610492212.5
• 申請日: 2016-06-29
• 公開（公告）號: CN105954498B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 辛亞軍;安定超;李夢遠(yuǎn);姬紅英;郭宏
• 申請（專利權(quán)）人: 河南理工大學(xué)
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G09B25/00
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種礦山相似模擬實驗煤層裝填及開采方法，屬于實驗裝填及開采方法領(lǐng)域，尤其涉及到礦山立體物理模擬煤層裝填及開采方法。

背景技術(shù)

由于受地下工程環(huán)境的復(fù)雜性及難于現(xiàn)場研究的制約，相似模擬實驗成了井下開采覆巖運動變化研究的一種重要手段。目前，較多礦山相似模擬實驗，多采用平面物理模型進(jìn)行模擬，而平面物理模擬實驗雖然裝填與開采方式簡單，但不能實際表征井下煤層開采三維空間環(huán)境，難以與實際工程環(huán)境相對應(yīng)。為了精確模擬地下采礦工程環(huán)境，三維物理模擬煤層開采實驗以它更接近于現(xiàn)場實際而逐漸發(fā)展起來，但由于三維物理模擬實驗架尺寸較大、裝填困難及不確定人為操作等，造成裝填模擬煤巖層的均質(zhì)性無法保證，導(dǎo)致實驗裝填過程就出現(xiàn)了與實際模擬偏離較大的情況。同時，三維物理模擬實驗架裝填完成后，由于模擬煤層開采高度有限，工作面推進(jìn)方向垂直的煤層尺度較大，人為每進(jìn)行一次煤層開采時間較長，且中間煤層開采人為操作難度大，易造成開采時效差異及開采難以實現(xiàn)。因此，如何選用合適的煤巖層相似材料裝填及開采方法極為關(guān)鍵，這是研究由開采所引發(fā)的一系列問題的前提條件。

基于針對礦山三維物理模擬煤巖層裝填與開采面臨的技術(shù)問題，提出一種礦山立體物理模擬煤巖層裝填及開采方法，通過采用小型自動行走式夯實機(jī)與模擬煤層的可移動雙夾板支承裝置，實現(xiàn)三維物理模擬實驗架煤巖層裝填與煤層開采的半機(jī)械化，提高相似材料裝填過程精確性與開采時效性，對于還原礦山井下煤層開采環(huán)境，分析開采所引發(fā)的一系列問題具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明基于礦山立體物理模擬實驗煤巖層裝填不均、模擬相同巖層強(qiáng)度不一及煤層開采具有時效差異及其難以合理開采的問題，提出一種礦山立體物理模擬煤巖層裝填及開采方法，旨在解決礦山立體物理模擬實驗煤巖層裝填及開采技術(shù)難題，實現(xiàn)礦山立體物理模擬相似材料的合理裝填及有效開采。

為解決上述問題，本發(fā)明一種礦山立體物理模擬煤巖層裝填及開采方法，其采取的技術(shù)方案是：選擇合適的地質(zhì)相似體進(jìn)行立體物理模型架相似材料裝填，每次裝填相似材料均一次配料攪拌完成；左右移動橫桿將裝填空間內(nèi)相似材料抹平，采用小型自動行走式夯實機(jī)對裝填相似材料進(jìn)行夯實，每次裝填夯實后鋪設(shè)云母分層，在裝填煤層位置安設(shè)高度可調(diào)的可移動雙夾板支承裝置；模型裝填過程中埋設(shè)頂板不同位置應(yīng)力變化監(jiān)測點，裝填完成后依次進(jìn)行模型材料風(fēng)干與拆除實驗架前后橫板，將應(yīng)力監(jiān)測引線、可移動雙夾板支承裝置傳輸引線與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相接；在煤層開采位置降低可移動雙夾板支承裝置的雙夾板間距，當(dāng)可移動雙夾板支承裝置上夾板與頂板產(chǎn)生間隙時，按采煤速率比抽出可移動雙夾板支承裝置，實時采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，完成采煤工作。

該方法主要包括以下步驟：

步驟一，在相似模擬實驗架的左側(cè)梁、右側(cè)梁的前后面通過螺栓固定橫板，組成相似材料裝填空間；

步驟二，根據(jù)相似材料配比，選擇合適的地質(zhì)相似體進(jìn)行立體物理模擬實驗相似材料裝填，每次裝填相似材料均一次配料攪拌完成；

步驟三，左右移動橫桿將模型裝填空間內(nèi)相似材料抹平，采用小型自動行走式夯實機(jī)對裝填相似材料進(jìn)行夯實，每次裝填夯實后鋪設(shè)云母分層；

步驟四，在裝填煤層位置安設(shè)長寬高分別模擬開采煤層工作面長度、采煤進(jìn)尺與煤層高度的可移動雙夾板支承裝置；

步驟五，模型裝填過程中埋設(shè)頂板不同位置應(yīng)力傳感器，裝填完成后依次進(jìn)行相似材料風(fēng)干與拆除實驗架前后面橫板，將監(jiān)測套管內(nèi)出露的應(yīng)力監(jiān)測引線、可移動雙夾板支承裝置的傳輸引線與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相接；

步驟六，在煤層開采位置降低可移動雙夾板支承裝置的上夾板與下夾板間距，當(dāng)可移動雙夾板支承裝置上夾板與頂板產(chǎn)生間隙時，按采煤速率比抽出可移動雙夾板支承裝置，實時采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，完成采煤工作。

進(jìn)一步，在步驟一中，橫板采用槽鋼制作，兩端開設(shè)螺孔，且橫板兩端分別固定于左側(cè)梁、右側(cè)梁同一面。

進(jìn)一步，在步驟三中，橫桿長度等于相似材料裝填空間寬度，小型自動行走式夯實機(jī)對每次裝填相似材料夯實力度與夯實次數(shù)一致。

進(jìn)一步，在步驟四中，可移動雙夾板支承裝置的上夾板與下夾板間距根據(jù)煤層及開采條件進(jìn)行調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步，在步驟六中，每次抽出一個可移動雙夾板支承裝置為一個采煤進(jìn)刀。

本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果是：通過采用小型自動行走式夯實機(jī)與模擬煤層的可移動雙夾板支承裝置，實現(xiàn)三維物理模擬實驗架煤巖層裝填與煤層開采的半自動化，提高立體三維相似模擬實驗的精確性，較好地還原礦山井下開采環(huán)境，為井下安全開采提供了參考。

附圖說明