[实用新型]一种煤层相似模拟实验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种煤层相似模拟实验领域技术，特别是指一种实验室模拟煤层采动后上覆岩层变化形态的装置。

背景技术

矿井煤层开采后，上覆岩层随工作面的推进在采场垂直方向上形成垮落带、裂隙带、弯曲下沉带， “覆岩三带”的准确划分是“三下采煤”可行性研究和设计、覆岩离层充填技术研究和应用、突出矿井保护层选择和开采设计，以及上邻近层瓦斯抽放研究和实施的依据。同时，随着煤层工作面的推进，工作面前方的应力也在发生变化，掌握工作面前方应力分布对巷道支护具有重要意义。目前，研究采空区三带、工作面前方应力变化规律方面，技术手段很多，其中实验室相似模拟实验是一种重要手段。众多学者采用相似模拟实验取得了驱动重要研究成果（李树刚，2013，矿业安全与环保；刘秀英，2004，太原理工大学学报）。

传统的相似模拟实验装置，是在长方体试验框架内填入模拟煤层和岩层的相似材料，相似材料主要有河砂、碳酸钙、石膏按照配比构成，岩层用电动锤或铁镐夯实，从而制成模型；通过人工逐次开挖一段距离的煤层模拟材料，模拟出采矿的推进过程。传统实验装置在模拟工作面推进时，需要借助工具逐步开挖模拟煤层的材料，这种方式不仅费时费力，而且不能保证每次开挖的距离相同。中国专利（申请号200810128331.8）公布了一种相似模拟和物理模拟相结合的采场矿压机械模拟试验台，利用模拟橡胶板煤层底板、气囊模拟煤层、由若干橡胶块和硬质材料块连接成整体的层状结构模拟老顶；由于气囊的膨胀不均匀，会影响顶板压力测定的可靠性；由于煤层开采过后，顶板由于卸压而出现膨胀变形现象，层状结构体现不出这种现象；同时，相似模拟是基于“相似三定律”而建立的，由于橡胶的应力、容重固定，不能体现各个岩层的差异。文献（采场下伏煤岩体卸压作用原理及在被保护层卸压瓦斯抽采中的应用，王海锋，2008）利用石蜡易熔化的特性，采用石蜡加热熔化方案代替煤层开挖，这种方法可以避免传统方法开挖的弊端，但是实验中是石蜡融化时间长大69min，从而造成实验周期长；另外，石蜡容易变形，在夯实模型的过程中，很难保证石蜡的厚度达到模拟煤层的高度。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种结构简单、精确模拟开挖步距的煤层相似模拟实验装置。

为实现上述目的，本实用新型采用如下之技术方案：

一种煤层相似模拟实验装置，包括有模型架、底板、煤层、上覆岩层、加压装置以及液压泵，该底板、煤层、上覆岩层以及加压装置从下往上依次叠设于模型架内；该煤层包括有开挖煤层与保护煤柱，该保护煤柱分布于开挖煤层的两侧，该开挖煤层与保护煤柱均由合金块构成，该液压泵设置于模型架外，该液压泵通过胶管与合金块连接。

作为一种优选方案，所述合金块的长度为20~30cm，宽度为5~10cm，厚度为2~10cm，开挖煤层的长度为150~200cm，保护煤柱的长度为20~40cm。

作为一种优选方案，所述合金块具有第一进液口、第二进液口、第一出液口以及第二出液口，该第一出液口设置于合金块的左侧上方，该第二出液口设置于合金块的底部，该第一进液口与第一出液口连通，该第二进液口与第二出液口连通，前述胶管连通第一进液口与第二进液口。

作为一种优选方案，所述第一出液口为整排间隔均匀地设置，该第一出液口距离合金块的左侧上边界为2~6mm，相邻两个第一出液口之间间距为4~6cm，每个第一出液口的直径为3~6mm，该第一进液口到每个第一出液口之间的距离均相同。

作为一种优选方案，所述第二出液口为两排间隔均匀地设置，该两排第二出液口关于合金块的中心线对称，相邻两个第二出液口之间间距4~6cm，每个第二出液口的直径为3~6mm，该第二进液口到每个第二出液口之间的距离均相同。

作为一种优选方案，所述液压泵的流量控制在20~200ml/min，压力控制在0.01~0.2MPa。

本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，

通过利用合金块来代替模拟煤层的开采部分，并配合在合金块的表面涂一层环氧树脂材料，再利用环氧树脂溶解液将其溶解，代替了人工开挖煤层，可以精确开挖步距，减少了实验所需时间；且不仅可以减小手工开挖模型在尺寸上的误差，还可以降低开挖模型的劳动强度，同时可以避免开挖过程中产生的扬尘。

为更清楚地阐述本实用新型的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本实用新型进行详细说明。

附图说明

图1是本实用新型之较佳实施例模拟一层煤的结构示意图；