[发明专利]一种采场覆岩运动反演模拟试验系统及试验方法

说明书

本发明公开了一种采场覆岩运动反演模拟试验系统及试验方法，该系统包括主体模拟架和控制单元，所述主体模拟架上自下而上依次设有升降台、煤层相似材料、直接顶层、基本顶层和上覆荷载层；所述升降台包括升降台本体和多个升降板，所述升降台本体用于单独驱动每个所述升降板上下移动；所述煤层相似材料，水平铺设在所述升降板上，且所述煤层相似材料层的两端内部、以及煤层相似材料层与所述升降板之间还设有多个第一应力检测单元；本发明能够模拟煤层的塑性区，更加真实地对现场岩层应力变化的规律进行反演，得到较为真实可靠的数据，满足科研及教学的需要，并且能直观反映煤层相似材料本构模型的形态破坏特征。

技术领域

本发明涉及采场应力模拟技术领域，具体涉及一种采场覆岩运动反演模拟试验系统。

背景技术

由于上覆岩层以及煤层的变化规律相对比较复杂，并且煤层回采所引起的岩层内应力场变化和覆岩运动之间的关系状况也不能进行准确的预测，所以很难获取有效的数据对其进行针对性的研究。因此，有必要研究出一种采场覆岩运动反演模拟试验系统，能够对工作面内覆岩运动规律、应力变化规律进行反演，获得应力分布变化的特点，以期能够利用相关试验参数为煤矿生产提供相关理论指导。

在现有技术中，模拟试验台大都是采用相似材料(中国发明专利，申请号201611201121.8)进行模拟，但是使用相似材料试验进行模拟时前期工作量较大，且无法模拟岩层的断裂结构。山东科技大学在此基础上研发的机械模拟试验台(中国发明专利，申请号201510379053.3)，采用模块来进行试验台的模拟，充分利用块体易拆卸的特点，可以模拟不同厚度的基本顶来获得支撑压力分布的数据。存在的不足是：由于相似材料在强度较小，达不到对上覆岩层模拟的要求，并且试验准备时间较长，劳动强度较大，不适合进行连续的试验；此外，机械模拟试验台虽然具有着模块易拆卸的优点，但是由于模拟煤体的模块强度较大，在模拟煤层开采的过程中，不能够对煤体本构模型的破坏特征进行充分的演示。因此研究出一套采场覆岩运动反演模拟试验系统，将两种试验台的优点进行结合，并且通过对所发明的试验台进行创新，能够实现对采场上覆岩层横向应力变化规律、及内外应力场变化规律进行充分的反演。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中所存在的技术问题，从而提供一种能直观反映形态破坏特征、内外应力场变化以及上覆岩层横向应力变化的规律的采场覆岩运动反演模拟试验系统及试验方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明提供的采场覆岩运动反演模拟试验系统，其包括主体模拟架和控制单元，所述主体模拟架上自下而上依次设有升降台、煤层相似材料、直接顶层、基本顶层和上覆荷载层；

所述升降台包括升降台本体和多个升降板，升降台本体用于单独驱动每个升降板上下移动；

所述煤层相似材料，水平铺设在升降板上，且煤层相似材料层的两端内部、以及煤层相似材料层与升降板之间还设有多个第一应力检测单元；

所述基本顶层包括多个基本顶层组件，相邻两个基本顶层组件首尾依次连接，或相邻两个基本顶层组件通过至少一个可拆卸连接块相连接，其中，每个基本顶层组件包括第一连接本体、第二连接本体和连接单元，第一连接本体的一端和第二连接本体一端相铰链，且第一连接本体、第二连接本体还经连接单元相连接，所述的第一连接本体、第二连接本体和/或所述可拆卸连接块上设有第二应力检测单元；

所述上覆荷载层的内部设有第三应力检测单元；

所述控制单元分别与升降台本体、连接单元、第一应力检测单元、第二应力检测单元和第三应力检测单元相连接。