[發明專利]一種用于模擬地下開采的實驗方法

在審

• 申請號: 201811242380.4
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109239312A
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 張麗萍;蔣愛萍;鄧清海
• 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: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 李宏偉

1.一種用于模擬地下開采的實驗方法，其鑄模特征在于：鑄模前，在一個尺寸為50cm×50cm×50cm正六面體的模型內置入一個直角六面體膠囊，膠囊的尺寸為15cm×15cm×8cm，水平截面為正方形，豎直截面為矩形，膠囊本身要有一定的剛性，以不受其他外力作用時能保持其原來形狀為度；但其剛性又不能太強，以其在中空狀態下受很低圍壓的作用體積就能變小為度，膠囊上部有一個注液口，通過注液口進行注液；下部連接一個導管，通過下部導管可將液體排到一個盛液器中，并安裝一個閥門來控制排液量，，向膠囊中注滿鹽水，使液體的比重等于熔融體的比重1.14，且關閉閥門，在模型內置兩個鋼化柱，鑄模前，將盛滿液體的膠囊置入設計的鋼化柱位置上，然后進行鑄模，根據要鑄成模型的體積，將明膠、甘油和水混合，加熱攪拌，直至達到熔融狀態，當溫度降到接近40℃的時候，進行鑄模，將接近凝固點的熔體倒入安裝好的模具內，使熔體的深度等于設計模型體的高度，幾小時后，凝固成模型體。

2.按照權利要求1所述一種用于模擬地下開采的實驗方法，其材料特征在于：所述模型的材料由明膠、甘油和水混合比為3:5:12制成，該材料具有較低的彈性模量和較大的泊松比，因此建立一個小模型就可以模擬出巖體變形現象。

3.按照權利要求1所述一種用于模擬地下開采的實驗方法，其開挖模擬特征在于：

(1)不同厚度的開挖模擬

當模型充分固結后，打開下部導管的閥門，把鹽水從膠囊里排出，通過下部導管將排出液體輸入模型旁的盛液器內，通過膠囊上的閥門控制注入容器中鹽水的量來模擬不同厚度的地下采區的開挖作用。

(2)不同深度的開挖模擬

在鑄模時，通過移動膠囊在鋼化柱上的位置來預先設定地下采區的深度，然后在此基礎上，實現不同深度地下采區的開挖模擬。

4.按照權利要求1所述一種用于模擬地下開采的實驗方法，其變形觀測特征在于：

(1)地表下沉盆地形狀的觀測

將具有明顯對比色的液體緩緩倒在模型圍巖上表面的中心部位，在彩色液擴展的過程中，觀察液體俯視圖的形狀變化，可及時捕捉到最大尺寸盆地邊緣作為封閉曲線的形狀，即為盆地邊緣的形狀；

(2)地表變形監測

①平面位移監測

在模型上表面設置幾條相互垂直的觀測線，并在觀測線上設置一些觀測點，在相應的點位上刺入極細金屬短線，短線的另一端與要觀測的模型表面齊平，作為覘標，分別在開挖前后的兩種狀態下，使用高像素的相機，對模型進行拍照，然后根據點位的變化，得到各點的平面位移，為了提高位移測量的精度，需將相機的位置固定，并使相機拍照方向垂直于模型上表面，還要使相機的聚焦點對準最感興趣的部位上，為了對位移進行精確測量，在模型局部擺放比例尺，并對這一局部進行短距離拍照，將拍照得到的模型變形信息輸入電腦，通過軟件計算出模型上覘標的高精度位移；

②沉陷量監測

將地表下沉盆地中的液體吸出，然后緩慢澆入調制好的石膏漿，盡量保證每個沉陷部位都澆入到位，石膏漿應成稀薄狀，不要過于稠，澆入高度為模擬開挖前模型上表面的高度，待石膏漿干結后，標定好石膏體不同部位和前面設置的觀測線的位置關系，然后取出石膏體，按照不同觀測線將其切開，這樣通過測量石膏體的厚度，就可以測定不同位置的沉陷量。