[发明专利]一种垮落带内地面注浆充填浆体形态相似模拟方法

说明书

本发明公开了一种垮落带内地面注浆充填浆体形态相似模拟方法，包括：a.确定相似材料模拟试验模型的相似比，选取对应支架；依据模拟试验模型和相似比在支架上铺设煤层底板及煤层；确定垮落岩层的性质及层数n，结合现场实际给出垮落岩层正方体边长a_i及各垮落岩层正方体层数m_i，并进行垮落岩层铺设；在垮落岩层上方依次铺设基本顶、上覆软岩、主关键层及土层的相似模拟材料岩层；b.开切眼并安设工作面模拟支架；c.按设定时间间隔和规定推进步距开挖煤层；d.待煤层开挖完毕，且采场上覆岩层运移基本稳定后，在采空区上方地表的中部钻进注浆钻孔，插入注浆管并伸入垮落带；e.对垮落带进行定量注浆充填，并记录浆体在垮落带内的堆积形态及流动规律。

技术领域

本发明属于采矿技术领域，具体涉及一种垮落带内地面注浆充填浆体形态相似模拟方法，适用于研究地面注浆充填时采空区垮落带内充填浆体的堆积形态及流动规律。

背景技术

垮落带内注浆充填就是在煤层开采后采空区后方顶板覆岩运移基本稳定后由地面通过注浆钻孔向采空区垮落带内注入浆体，从而实现处理煤矸石、粉煤灰、炉渣等多种固体废弃物的目的，然而由于垮落带注浆充填区域位于工作面后方的采空区，属于隐蔽工程，对于充填浆体在垮落带内的堆积形态及流动规律无法观察与测量，因此需要一种可以直观体现上述过程的垮落带内地面注浆充填浆体形态相似模拟方法。

在模拟垮落带内注浆充填时，需要保障垮落带内破碎岩块的碎胀系数及岩块间的空隙与实际采空区中的相似；而现有相似材料模拟试验采用的材料为河沙、石膏及大白粉与水的混合物，其模拟形成的破碎岩块的碎胀系数及岩块间的空隙与真实采空区中的差别较大，且模拟形成的垮落带具有吸水性，易使浆体中的水与固体废弃物粉末分离，抑制浆体的流动，影响浆体在垮落带内的扩散效果。因此，有必要研究一种既可真实反映垮落带内破碎岩块的碎胀系数及岩块间的空隙又能直观体现充填浆体在垮落带内的堆积形态及流动规律的垮落带内地面注浆充填浆体形态相似模拟方法。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种垮落带内地面注浆充填浆体形态相似模拟方法，以实现直观高效的确定充填浆体在垮落带内的堆积形态及流动规律。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种垮落带内地面注浆充填浆体形态相似模拟方法，包括以下步骤：

a.确定相似材料模拟试验模型的相似比，选取对应支架；依据相似材料模拟试验模型和相似比在支架上铺设煤层底板及煤层；确定垮落岩层的性质及层数n，结合现场实际给出垮落岩层正方体边长a_i及各垮落岩层正方体层数m_i，并进行垮落岩层铺设；在垮落岩层上方依次铺设基本顶、上覆软岩、主关键层及土层的相似模拟材料岩层，其中i＝1、2、3……n；

b.开切眼并安设工作面模拟支架；

c.按设定时间间隔和规定推进步距开挖煤层；

d.待煤层开挖完毕，且采场上覆岩层运移基本稳定后，在采空区上方地表的中部钻进注浆钻孔，并插入注浆管，且该注浆管的终端伸入垮落带；

e.对垮落带进行定量注浆充填，并记录浆体在垮落带内的堆积形态及流动规律。

本发明进一步的改进在于，步骤a中垮落岩层正方体的边长a_i及各垮落岩层正方体层数m_i的确定方法如下：

(1)依据模型的几何相似比C，结合模拟矿井工作面的煤岩层柱状图及煤岩层性质，明晰亚关键层及主关键层与开采煤层的位置，确定出垮落岩层层数n及各层厚度h_i；

(2)对垮落岩层后的破碎岩块尺寸进行现场测量，得出不同岩性岩块的平均尺寸A_i，进而确定出相似材料模拟中垮落岩层中正方体的边长a_i，其a_i＝A_i/C；