[發明專利]一種平面相似模擬實驗中的煤層的開挖方法

在審

• 申請號: 202110385109.1
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113062738A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 徐良驥;張坤;付俊;徐陽;劉昊
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18;G09B25/00
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 張恩慧

本發明公開一種平面相似模擬實驗中的煤層的開挖方法，所述煤層由泡沫板和相似材料間隔鋪設而成，通過膠水溶解泡沫板和用刀、鋸切割相似材料模擬煤層開挖；所述泡沫板為EPS泡沫材料；所述相似材料由河砂、石灰、石膏、墨汁和水按照配比試驗確定的配合比混合配制而成。本發明開挖方法采用泡沫板部分替代相似材料作為模擬煤層，利用PVC膠水溶解泡沫板模擬煤層開挖，操作方便，工作強度低，提高了工作效率；本開挖方法將泡沫板與相似材料間隔鋪設，解決了單獨使用泡沫板由于泡沫板可能被壓扁而導致的“未采先沉”問題，增加了模型的穩定性，保證了實驗效果。

技術領域

本發明涉及相似材料模擬實驗技術領域，具體是一種平面相似模擬實驗中的煤層的開挖方法。

背景技術

相似模擬實驗作為一種重要的研究手段，于20世紀30年代由蘇聯專家庫茲涅佐夫提出，被廣泛應用于礦業、地質、水利和巖土工程等部門。在礦業系統，主要用于研究煤層開挖引起的覆巖移動變形與破斷規律，以及地壓顯現規律等。以往的相似模擬實驗大多為平面模擬實驗，實驗模型由地質原型按照一定的幾何相似比縮放。

傳統的平面相似模擬實驗中的煤層開挖方式，既費時又費力，在逐段開挖過程中，往往尚未開挖到設計步距，頂板便塌落下來導致無法繼續開挖，或者尚未開挖到模型內部，外側頂板便已經坍塌，導致頂板塌落、巖層下沉內外不均勻、不同步，進而影響實驗效果。

發明內容

本發明的目的在于提供一種平面相似模擬實驗中的煤層材料及開挖方法，通過泡沫板和相似材料間隔鋪設，模仿煤層分布，泡沫板作為煤層材料，利用PVC膠水溶解泡沫板模擬煤層開挖，模擬開挖操作方便，工作強度低，提高了工作效率；泡沫板與相似材料間隔鋪設，無中巖層下沉內外不均勻和不同步的問題，解決了單純使用泡沫板導致的泡沫板被壓扁的問題，增加模擬實驗結構的穩定性和可靠性。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種平面相似模擬實驗中的煤層的開挖方法，所述煤層由泡沫板和相似材料間隔鋪設而成，通過膠水溶解泡沫板和用刀、鋸切割相似材料模擬煤層開挖。

進一步地，所述泡沫板為EPS泡沫材料。

進一步地，所述相似材料由河砂、石灰、石膏、墨汁和水按照配比試驗確定的配合比混合配制而成。

進一步地，根據實際煤層的抗壓強度和抗拉強度等力學性能參數，結合實驗相似比(應力相似比)，計算模擬煤層的抗壓強度和抗拉強度，再通過配比實驗，確定滿足應力相似比的材料配合比。

進一步地，所述開挖方法的操作步驟如下：

S1、根據實驗相似比(幾何相似比)確定模擬煤層的厚度，并準備相同厚度的泡沫板，將其切割成條狀備用；

S2、根據配比實驗確定的配合比，將河砂、石灰和石膏混合，加入混合重量1/10的水和墨汁配制煤層相似材料；

S3、將泡沫板和煤層相似材料間隔鋪設在模型架上；

S4、按照設計進度進行煤層開挖，泡沫部分，從模型兩側同時用毛刷蘸取膠水溶解泡沫；

S5、按照設計進度進行煤層開挖，相似材料部分，從模型兩側同時用條形刀或鋸切割的方式進行開挖。

進一步地，所述泡沫板的寬度為10～20cm，長度為模型架寬度。

進一步地，所述泡沫板保持5～10cm間距平行放置于模擬煤層的待采區域，泡沫板長度方向與模型架寬度方向一致。

進一步地，所述膠水選用PVC-U速干型排水膠。

進一步地，所述泡沫板之間和泡沫板外側的模擬煤層均用相似材料鋪設。

本發明的有益效果：