[发明专利]工作面巷旁切顶留巷相似材料模拟试验系统及使用方法

说明书

本发明公开了一种工作面巷旁切顶留巷相似材料模拟试验系统及使用方法，该系统包括：相似材料铺设单元，用于分层铺设煤岩层相似材料；液压加载单元，用于对所述煤岩层相似材料进行加载；模拟钻机单元，用于在所述煤岩层相似材料形成的巷道围岩中开设钻孔；监测单元，用于监测所述巷道围岩及支护体的受力及变形；控制单元，分别用于对所述液压加载单元和模拟钻机单元进行伺服控制，并对所述监测单元的监测数据进行收集和处理。本发明能够较真实的模拟煤矿井下切顶成巷全过程，可以有效地确定切顶参数，为现场工程实际提供可靠依据，并且可以针对不同顶板和开采条件，设计针对性的预裂钻孔参数，可确保顺利切顶，不造成浪费，具有较大的实际意义。

技术领域

本发明涉及矿山开采技术领域，尤其涉及一种工作面巷旁切顶留巷相似材料模拟试验系统及使用方法。

背景技术

无煤柱开采是实现煤炭资源可持续发展、绿色开采的重要方向，主要包括沿空留巷和沿空掘巷两种技术。沿空留巷技术是在工作面采过后，采用一定的方法将原来的顺槽保留下来，为下一个工作面服务，实现一巷两用，能够最大限度的回收资源，具有经济效益高、掘进工作量少等优点，在煤矿生产中应用较广。

沿空留巷时一般采用充填墙体、单体支柱等作为巷旁支护，其受力与顶板运动关系密切，受侧向顶板断裂及回转下沉运动控制，悬顶越大、回转角度越大，巷旁支护体载荷越大，围岩变形越严重。为此，有专家学者提出了“110工法”，它以切顶短壁梁理论为指导，采用恒阻大变形锚索对巷道顶板加强支护，通过一定的技术手段将巷旁顶板沿巷道边缘切落，自动形成一条回采巷道，取消了传统留巷技术中构筑巷旁充填体这一复杂工序，安全性和自动化程度更高。

目前，切顶技术主要通过超前人工定向爆破和大直径钻孔预裂方式实现，使侧向顶板在矿山压力作用下切断，在某些矿区或特定工作面切顶效果好，切落的侧向顶板既能很好地支撑上覆岩层，又能很好地隔离采空区，取得较好的经济效益。但在某些工作面，特别是顶板坚硬、厚度大、整体性好的情况下，切顶效果差，往往造成留巷失败，影响工作面安全高效开采。现场工程的复杂性和影响条件的多样性使得切顶参数设计主要依靠经验类比法和数值模拟方法获得，尚无法通过严格理论推导得到。

因此，针对不同顶板和开采条件，如何设计针对性的爆破和预裂钻孔参数，既能确保顺利切顶，又不造成浪费，具有较大的实际意义。相似材料试验作为一种常用岩体工程模拟方法，可能是获取最优切顶参数的有效方法之一。现有技术中有一种三向精确定位相似模拟巷道微型钻机(专利号为：CN201410831360.6)，该钻机可在相似材料模拟巷道中进行钻孔作业，能够进行水平和垂直作业，但是该钻机无法连续作业，装置操作复杂，人为因素影响较大，易造成较大的实验误差。因此，现有试验装置和方法需要进一步改善。

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，从而提供一种模拟精度高、使用效果好的工作面巷旁切顶留巷相似材料模拟试验系统及使用方法。

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：

本发明提供的工作面巷旁切顶留巷相似材料模拟试验系统，其包括：

相似材料铺设单元，用于分层铺设煤岩层相似材料和模拟巷道的开挖，模拟工作面及其周围岩层情况；

液压加载单元，用于对所述煤岩层相似材料模型进行加载；

模拟钻机单元，用于在所述煤岩层相似材料模型形成的巷道围岩中开设钻孔；

监测单元，用于监测所述巷道围岩及支护体的受力、变形以及围岩内部裂隙发育情况；

控制单元，用于对所述液压加载单元和模拟钻机单元进行伺服控制，并对所述监测单元的监测数据进行收集和处理。

进一步地，所述相似材料铺设单元包括：

底座，固定在地面上；