[發明專利]采礦三維模擬實驗模型實驗方法

在審

• 申請號: 202111507933.6
• 申請日: 2021-12-10
• 公開（公告）號: CN114217048A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 李全生;張凱;楊勝利;劉新杰;郭俊廷;楊英明;畢健成;邢朕國
• 申請（專利權）人: 國家能源投資集團有限責任公司;國能神東煤炭集團有限責任公司;中國礦業大學（北京）;北京低碳清潔能源研究院
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G09B25/00;G09B25/02
• 代理公司: 北京邦信陽專利商標代理有限公司 11012
• 代理人: 耿蕾

本發明公開一種采礦三維模擬實驗模型實驗方法，包括：鋪設模擬煤層；在模擬煤層上鋪設模擬巖層、鋪設模擬隔水層以及鋪設模擬含水層，以進行采礦三維模擬實驗模型鋪設，模擬含水層的含水層模擬材料在鋪設時為固態，經過加熱后為液態；鋪設模擬地表巖層，對模擬含水層加熱或者等待含水層模擬材料轉化為液態，以完成采礦三維模擬實驗模型鋪設后，對采礦三維模擬實驗模型進行模擬實驗，并在模擬實驗中對模擬含水層進行監測。本發明通過含水層模擬材料模擬含水層，實現含水層鋪設，并在模擬實驗時對模擬含水層進行監測，使模擬實驗的真實性和準確性都有了極大的改善和提高。

技術領域

本發明涉及煤礦相關技術領域，特別是一種采礦三維模擬實驗模型實驗方法。

背景技術

煤炭是我國最主要的能源，隨著東部煤炭資源的衰竭，西部煤炭產量在總的煤炭產量占比中越來越大，而且西部地區也擁有大量的煤炭資源儲量，但西部地區嚴重缺水，國內專家學者以神東礦區為基地開展了系列的研究工作，針對我國西部區域典型類型的生態環境和煤炭開采工藝特點，揭示了“三水”(地表水、土壤水和地下水)轉化規律，但因環境和時間周期等因素，無法有效大規模現場實施；其次是針對西部典型類型采煤沉陷區生態環境特點，對煤炭開采“減損”理論與控制關鍵技術的研究難以在現實中找到并監測相同或類似地質生產條件下不同開采參數的工作面進行對照；針對上述研究工作的不足，需要在結合煤炭開采及現場監測的基礎上，在室內建設大型模擬試驗平臺。

然而，現有的開采模擬技術，對于含水層的鋪設，是使用水袋裝水模擬含水層，即：先從下至上鋪設其他模擬巖層，在鋪設含水層時使用水袋裝水，之后在水袋上繼續鋪設模擬巖層。而水位動態監測法在采礦物理模擬中還未見到。

使用水袋裝水模擬含水層，水袋密封之后，水不會流出，無法模擬含水層水位變化。此外水袋與隔水層的物理力學性質相差甚遠，水袋無法模擬隔水層力學性質；水袋模擬含水層無法模擬含水層內水受采礦影響之后的水位變化；水袋無法模擬含水層內水被采礦擾動后如何通過裂縫帶到達采礦工作面。

另外一種模型鋪設方法是模擬松散含水層時使用的，即：先從下至上鋪設其他模擬巖層，在鋪設含水層時，鋪設帶微孔的滲流管道，在管道上繼續鋪設模擬巖層，鋪設完所有巖層之后，向預留管道注水，水通過微孔流出，以此模擬含水層。

然而，模擬松散含水層時使用的方法則只能模擬松散含水層，不能模擬其他狀態的含水層，而且沒有模擬隔水層，只能做滲流實驗，不能做其他模擬實驗。

因此，現有的開采模擬技術無法在大型模擬實驗設備上模擬采礦對含水層的影響，更無法監測含水層內水位的變化，含水層破壞后水的流向。

發明內容

基于此，有必要針對現有技術無法直接模擬采礦對含水層影響全過程的技術問題，提供一種采礦三維模擬實驗模型實驗方法。

本發明提供一種采礦三維模擬實驗模型實驗方法，包括：

鋪設模擬煤層；

在模擬煤層上鋪設模擬巖層、鋪設模擬隔水層以及鋪設模擬含水層，以進行采礦三維模擬實驗模型鋪設，所述模擬含水層的含水層模擬材料在鋪設時為固態，經過加熱后為液態；

鋪設模擬地表巖層，對所述模擬含水層加熱或者等待所述含水層模擬材料轉化為液態，以完成所述采礦三維模擬實驗模型鋪設后，對所述采礦三維模擬實驗模型進行模擬實驗，并在模擬實驗中對模擬含水層進行監測。

進一步地，所述模擬含水層材料為純水冰塊、含有含水層雜質材料的混合冰塊、凝固酒精、或者含有含水層材料的混合凝固酒精。

進一步地，在鋪設模擬含水層時，在所述含水層模擬材料內預留補水管道或者加熱裝置。

進一步地，所述鋪設模擬隔水層，具體包括：

用防水涂料涂抹隔水層模擬材料；

鋪設所述隔水層模擬材料。