[發明專利]一種相似模擬實驗的模擬開挖裝置、實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202110036504.9
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN114764098A
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 郭俊廷;張凱;李全生;楊明浩
• 申請（專利權）人: 神華神東煤炭集團有限責任公司;北京低碳清潔能源研究院;國家能源投資集團有限責任公司
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;張高潔

本發明提供了一種相似模擬實驗的模擬開挖裝置、實驗裝置及方法，該模擬開挖裝置包括模擬煤層部件，所述模擬煤層部件包括：模擬巷道組件；模擬煤柱組件，所述模擬煤柱組件包括多個橫截面為矩形的伸縮柱，所述多個伸縮柱在所述模擬巷道組件的一個側面上以預設間隔均勻地排列為一排且排列方向對應所述伸縮柱的寬度方向，所述預設間隔的大小等于所述伸縮柱的寬度；其中，所述兩個模擬煤層部件所分別對應的所述伸縮柱交叉配合以填補彼此的兩個相鄰所述伸縮柱之間的間隙。基于本發明的技術方案，模擬開挖裝置能夠自動化、定量化、低擾動地模擬煤層的開挖，無需人為操作，煤層厚度、采空區尺寸都可提前進行設置，提高了相似模擬實驗的精度和準確度。

技術領域

本發明涉及礦山相似模擬實驗技術領域，特別地涉及一種相似模擬實驗的模擬開挖裝置、實驗裝置及方法。

背景技術

采煤引起的開采沉陷現象一直都是煤炭生產安全及采后生態恢復的難題，會對人們財產安全、生產作業安全及地表生態環境產生很大影響。為此，學者們以相似理論為依據，使用人工材料制作一定縮小比例的模型，來模擬開采工作中的巖層及地表的移動變形，進而研究巖層及地表的移動變形規律，這就是相似模擬實驗。相似模擬實驗所使用的模型一般有二維平面模型架和三維相似模擬實驗臺兩種，其中二維平面模型架操作簡單結果直觀，但是只能對工作面及其上覆巖層的一個截面進行模擬，無法展示覆巖整體移動變形情況，而三維相似模擬實驗臺則可以模擬出不同方向上的巖層移動，對覆巖的移動變形規律進行更加全面的研究。

但是，三維相似模擬實驗的煤層開挖位置位于煤層內部，通過人工裝置開挖不但操作復雜，還會在開挖過程中對模型其他部分產生擾動。于是現有技術中出現了利用水袋模擬煤層，通過對水袋中水的充放來模擬開采填充過程，但該方法無法有效固定水袋形狀，也就無法精準模擬煤層在開采過程中所提供的支撐作用；還有一種方法是利用石蠟來模擬煤層，通過加熱融化來模擬煤層采出過程，但該方法需要額外加入加熱裝置，并且實際操作較為復雜；除此之外還有利用液壓等機械裝置來模擬煤層開采，但這些裝置都存在制作復雜、體量過大、實踐成本高等問題。

發明內容

針對上述現有技術中的問題，本申請提出了一種相似模擬實驗的模擬開挖裝置、實驗裝置及方法，模擬開挖裝置能夠自動化、定量化、低擾動地模擬煤層開挖過程，無需人為操作，煤層厚度、采空區尺寸都可提前進行設置，并且模擬開挖過程中不會對上覆巖層造成二次擾動，提高了相似模擬實驗的精度和準確度。

本發明的一種相似模擬實驗的模擬開挖裝置，包括兩個相互連接的模擬煤層部件，所述模擬煤層部件包括：

模擬巷道組件，所述模擬巷道組件的外形為長方體；

模擬煤柱組件，所述模擬煤柱組件包括多個橫截面為矩形的伸縮柱，所述多個伸縮柱在所述模擬巷道組件的一個側面上以預設間隔均勻地排列為一排且排列方向對應所述伸縮柱的寬度方向，所述伸縮柱的軸線垂直于所述側面，所述預設間隔的大小等于所述伸縮柱的寬度；

其中，所述兩個模擬煤層部件所分別對應的所述伸縮柱交叉配合以填補彼此的相鄰所述伸縮柱之間的間隙。

在一個實施方式中，所述伸縮柱包括固定部與伸縮部，所述固定部完全容納于所述模擬巷道組件的內部，所述伸縮部能夠相對所述固定部伸縮并能夠伸出至所述模擬巷道組件的外部。

在一個實施方式中，還包括：

連接套，所述連接套套設在所述兩個模擬煤層部件沿所述多個伸縮柱的排列方向的端部，以保持所述兩個模擬煤層部件相對固定。

通過本實施方式，兩個模擬煤層部件相互連接組裝后，連接套整體套設在兩個模擬煤層部件同一側的端部，以保證兩個模擬煤層部件彼此之間的相對固定，進而保證模擬開挖裝置的結構穩定。

在一個實施方式中，還包括：