[实用新型]一种拱桥式充填置换回采断层保护煤柱的实验模型

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种实验模型，尤其涉及一种拱桥式充填置换回采断层保护煤柱的实验模型。

背景技术

煤矿底板突水事故大约80％都和断层有关。解决这一问题，有针对性的一些措施，如注浆改造、探放水和留设防水(保护)煤柱等等，其中留设防水煤柱最为常见。根据规程中的规定，断层防水煤柱留设宽度至少为20m，在某些矿井，由于地质条件恶劣，防水煤柱的宽度甚至超过了100m。虽然留设保护煤柱提高了煤炭安全回采的保障，但也造成了资源的损失，如果在防水煤柱合理宽度确定后，能用某种特殊方法，在保障安全开采的前提下，再回采出一部分防水煤柱，它不仅减少了煤炭损失，提高了煤炭采出率和煤矿经济效益，对于煤炭储量较少，并且受断层突水威胁的矿井，具有更加重大的意义。防水煤柱的留设可防止煤层开采引起断层“活化”，避免含水层的水通过断层与底板导水裂隙沟通，导致底板突水。断层“活化”，还会使不导水断层转化为导水断层，引起工作面顶板或工作面方向上的突水。针对上述这一常见现象需要进行教学和研究，并科学的回采出一部分防水(保护)煤柱，为此需要一种条带式充填置换回采断层保护煤柱实验模型进行直观的学习和研究。

实用新型内容

为了解决上述问题中的不足之处，本实用新型提供了一种拱桥式充填置换回采断层保护煤柱的实验模型

为解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种拱桥式充填置换回采断层保护煤柱的实验模型，包括煤层、断层保护煤柱和充填体，充填体用于替换部分断层保护煤柱；所述煤层的右侧为断层保护煤柱。

本实用新型的创新性在于首次考虑到使用拱桥式充填开采方法，回采置换部分断层保护煤柱；模型的作用在于，针对不同地质条件，得到不同的充填参数。根据这个实验模型，在保障安全采出部分断层保护煤柱及不引起突水事故的前提下，可以模拟出最小剩余煤柱宽度和煤柱回采最大控顶距以及条带充填宽度。将这种方法运用工程实践中，能够创造可观的经济价值，符合教学和实际需要。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的断层和煤层留设结构示意图。

图3为本实用新型的开采断层保护煤柱结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括模型架1、断层保护煤柱2、充填体3、断层4、含水灰岩5和煤层6。模型架1内设置有断层保护煤柱2、充填体3、断层4、含水灰岩5和煤层6。断层的一侧设置有断层保护煤柱2、充填体3和煤层6，另一侧设置有含水灰岩5。煤层6的右侧为断层保护煤柱2，充填体3位于断层保护煤柱2里面，充填体为3块，煤层6和充填体3相连接。图1中七个箭头的方向表示应力补偿的方向。

本实用新型是在断层保护煤柱宽度确定后，模拟拱桥式充填置换回采部分保护煤柱，研究充填置换煤柱时，煤层顶、底板破坏情况、靠近断层一侧煤柱的塑性变形情况以及采动对断层的影响情况。研究最小剩余煤柱宽度和煤柱回采最大控顶距，确保采动对顶、底板及断层的影响不足以使工作面顶板、底板或工作面方向上发生突水事故。

模型在模型架(平面应变模型架)上进行，模型体尺寸：长×宽×高＝3.0m×0.4m×2.0m。模型上边界用7个液压千斤顶加压来实现垂直应力补偿。模型采用石膏、砂类等模拟采场围岩，以砂子作骨料，以石膏、碳酸钙为粘结材料，分层铺设构成。对断层带的岩体进行了弱化，目的是反映出断层的性质，具体情况见附图2。图2和图3中L表示的是断层保护煤柱宽度。

实验时，在距离断层L0处，开采煤柱宽度为b，留出条带煤柱a后再采出煤柱宽度b，在开采的同时充填原先的开采空间b。如此循环下去，直到采到距离断层L处，再返回把充填体之间的煤柱采完，让其自行垮落，具体回采充填工艺见附图3。

这种充填置换回采保护煤柱的方法可以在煤层正常回采之前，先采出部分的防水煤柱，并进行充填，当采完这部分煤柱时，就可以正常回采防水煤柱之外的煤层；也可在煤层开采完后，再回收部分断层保护煤柱。

上述实施方式并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本实用新型的保护范围。