[發明專利]一種復雜條件煤層開采地表沉陷相似模擬試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201810311764.0
• 申請日: 2018-04-09
• 公開（公告）號: CN108508184B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 趙同彬;傅知勇;韓高升;邢明錄;楊坤
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 段毅凡

本發明涉及采礦工程試驗研究技術領域，具體是一種復雜條件煤層開采地表沉陷相似模擬試驗裝置，包括底座、試驗箱、填充件和試驗箱角度調節機構。本發明還提供了一種復雜條件煤層開采地表沉陷相似模擬試驗方法。相對于現有技術，本發明的有益效果為：通過開采口調節機構調節開采口的高度，選用與開采口匹配的填充件能夠模擬不同開采高度；通過控制填充件的拉動位移能夠模擬不同開采寬度；通過試驗箱角度調節機構調整試驗箱的角度能夠模擬不同的煤層傾角；因此，本發明能夠模擬多種不同開采條件及開采方案工況，可以用于對復雜地質環境的開采進行試驗研究，從而探究煤層開采對地面沉降的作用機理及應對方案，消除安全隱患。

技術領域

本發明涉及采礦工程試驗研究技術領域，具體是一種復雜條件煤層開采地表沉陷相似模擬試驗裝置及方法。

背景技術

煤礦開采后會破壞巖體內部原有的力學平衡，導致上覆巖層和地表發生移動和變形，隨著開采的推進將擴散到地表，導致地表發生沉陷，破壞現有土地資源并給周邊建構筑物帶來直接或間接危害。針對煤礦開采過程中及開采后導致的地面沉陷問題，為準確觀測開采過程中的巖層及地表移動隨開采時間與空間的變化，分析煤炭開采對地表沉陷的影響，相似材料模擬試驗成為研究這一復雜地質環境的重要科學手段。基于相似材料模擬試驗理論，將復雜的地質巖層通過模型上的相似再現，來研究真實對象中發生的現象和過程的規律性，可以得出相關的技術指標和參數，為實際工程的生產實踐和應用提供科學依據，對建構筑物下開采導致的地表沉陷的巖層運動理論研究有一定的指導意義，從而達到解決實際問題的目的。

現有的相似材料模擬實驗裝置(CN103823041A、CN204594982U)往往只能進行單一傾角煤層的模擬開采，普遍存在人工手動開采對上覆巖層擾動較大的現象，并且煤層開采尺寸固定，因此該類模擬試驗裝置在很大程度上難以適應現階段復雜煤層條件開采模擬的需要。中國專利(ZL201510451445.6)公開了“一種三維多煤層開采相似材料模型實驗系統”，該裝置模擬煤層群下層煤回采時能夠通過下層煤填充件在固定螺栓上的移動實現，模擬上層煤回采時能通過抽取上層煤填充件實現，從而可模擬兩層煤的開采。但是，該實驗系統存在以下不足：工程實際中由于地質環境的特殊性和復雜性，礦區煤田賦存呈現不規則分布，且煤層傾角多變，該實驗系統只能模擬煤層水平且煤層開采高度、寬度單一的工況，無法模擬不同煤層傾角及不同煤層開采高度、寬度的工況，因此無法對不規則的地質環境的開采進行試驗研究。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述現有技術的不足，提供一種能夠模擬多種煤層傾角及不同開采高度、寬度工況的復雜條件煤層開采地表沉陷相似模擬試驗裝置及方法。

本發明所要解決的技術問題采用以下技術方案來實現：一種復雜條件煤層開采地表沉陷相似模擬試驗裝置，包括底座、試驗箱、填充件和試驗箱角度調節機構；

所述試驗箱包括底板、開采層模框和非開采層模框，所述開采層模框和非開采層模框疊放固定在底板上；所述開采層模框的側部設有開采口和開采口調節機構；所述開采口調節機構包括調節板、曲柄、第一連桿、彈簧、旋鈕和棘輪止退機構；所述調節板安裝于開采層模框上并可沿開采層模框的高度方向滑動，調節板的滑動能夠調節開采口的高度；所述曲柄的一端樞接于開采層模框上；所述旋鈕與曲柄的轉軸連接，曲柄的另一端與第一連桿的一端樞接；所述第一連桿的另一端與調節板樞接；所述彈簧作用于開采層模框和調節板之間；所述棘輪止退機構用于阻礙曲柄在彈簧的作用下轉動。

所述填充件與開采口匹配且可從開采口插入試驗箱中。

所述試驗箱角度調節機構包括絲杠、絲母、第二連桿和驅動電機；所述絲杠安裝在底座上，所述絲母螺接于絲杠；所述底座上設有立板，所述底板與立板樞接；所述第二連桿分別與絲母和底板樞接；所述驅動電機與絲杠連接。

本發明的技術方案還有：所述開采口調節機構沿開采層模框的長度方向設有至少兩套。

本發明的技術方案還有：所述開采口對稱設置于開采層模框的兩側。