[发明专利]一种预支撑精准卸压感知煤层回采模拟试验装置及方法

说明书

本发明涉及一种预支撑精准卸压感知煤层回采模拟试验装置及方法，包括：模型箱：由多个箱壁拼接构成，用于放置试样模型；回采机构：用于埋设在试样模型内部，包括平行设置的上承载板和下承载板，上承载板和下承载板之间设有用于调节其距离的调节机构，上承载板安装有应变监测元件；加载机构：用于设置在模型箱顶部，对试样模型施加竖向荷载。模型制作过程中，通过调节机构预先将上承载板支撑至指定高度，回采模拟过程中，通过调节机构降低上承载板高度，从而使上承载板卸压脱离顶板岩层，方便取出回采机构,采用本发明的试验装置操作方便，可模拟煤矿现场多煤层回采，并可调节模拟煤层厚度，并监测顶板岩层的压力演化规律。

技术领域

本发明涉及模拟试验设备技术领域，具体涉及一种预支撑精准卸压感知煤层回采模拟试验装置及方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

煤矿回采过程中，随着工作面的推进，采空区原有力学平衡状态遭到破坏，失去支撑的上覆岩层发生变形位移，直至破坏垮落。为了准确认识顶板岩层变形破坏过程，保证煤矿安全开采，因此，对回采过程中物理力学参数以及变形破坏机理的认识至关重要。但是目前工作面及采空区现场试验存在诸多限制与安全隐患，无法开展准确的现场监测试验。物理模拟试验作为研究煤层回采过程顶板变形破坏的主要手段之一，具有方便、快捷、可重复的优势。为了更准确获取物理模拟试验数据，必须尽可能提高模拟试验与现场的相似性。此类物理模拟试验的技术难点在于如何在顶板岩层存在条件下准确模拟煤层回采过程，并尽可能考虑煤层厚度、回采方向、回采速度等因素，使其产生与实际工况相近的地质力学现象，进而监测回采过程中顶板岩层压力的演化规律。

为此，目前已研发多种用于物理模拟试验中煤层回采模拟试验装置，例如：

现有技术中存在一种煤矿开采三维模拟试验装置，能再现模拟综采工作面开采、采空区充填、充填物料压实等具体过程，但发明人发现，该装置无法监测回采过程中顶板岩层的压力的演化规律，需要在顶板岩层额外布设压力传感器，对试验模型造成损坏，影响试验结构的准确性。

现有技术中还存在一种深部煤层条带开采模拟试验系统，该试验系统的模拟煤层由若干个受载气囊排布而成，通过控制气囊中气体量的抽放来模拟不同采高的煤层开采，通过抽放不同间隔的位置的受载气囊来模拟不同采宽的煤层开采。然而发明人发现，实际操作工程中面临气囊漏气、模型制作过程中气囊刚度小，受压变形大导致上覆岩层压实不均匀、气囊泄气速度不可控等影响试验的情况，且无法监测回采过程中顶板岩层压力的演化规律。

现有技术中还存在一种可模拟倾斜岩层的全自动相似模拟试验装置及方法，该试验装置的开挖锯条导轨可沿开挖装置支撑架滑动。但是发明人发现，该方法无法适应不同厚度的煤层回采要求，实际操作中面临渣土清运困难、可靠性差等问题，且无法监测回采过程中顶板岩层压力的演化规律。

综上，现有煤层回采模拟装置各有特点，但主要局限性如下：

(1)操作过程复杂，对试验模型整体性影响大，造成模拟试验结果不准确；

(2)模型回采过程产生的渣土清运困难，阻碍回采模拟过程；

(3)需要在模型中额外埋设压力传感器，用于监测顶板岩层的压力，进一步影响了试验模型的整体性与应力场演化规律。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种预支撑精准卸压感知煤层回采模拟试验装置，操作简单，能够监测回采过程中顶板岩层压力的演化规律。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供了一种预支撑精准卸压感知煤层回采模拟试验装置，包括：

模型箱：由多个箱壁拼接构成，箱壁由多个钢梁沿竖向可拆卸连接构成；