一種用于模擬煤層開采的高壓充氣筏墊試驗(yàn)裝置與方法
【專利摘要】一種用于模擬煤層開采的高壓充氣筏墊試驗(yàn)裝置與方法屬于采礦工程中模型試驗(yàn)【技術(shù)領(lǐng)域】。裝置包括充氣筏墊部分、測(cè)壓裝置、充氣裝置、抽真空裝置；充氣筏墊牛津布面和牛津布拉帶通過(guò)粘結(jié)形成密閉筏墊即充氣筏墊部分，放置于試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牟煽諈^(qū)部位，密閉筏墊兩側(cè)密貼模型煤柱（2）；密閉氣管（6）一端與充氣筏墊牛津布面（3）粘結(jié)在一起，另一端與測(cè)壓表（7）通過(guò)密閉氣管口（10）連接，測(cè)壓表（7）與氣閥（8）連接；氣閥口（9）連接充氣裝置給密閉筏墊充氣，模擬能夠承壓的煤層；在模擬采空時(shí)，將密閉氣管口（10）連接抽真空裝置。本發(fā)明解決了模擬采空區(qū)可靠性以及模型形態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題：實(shí)現(xiàn)了模擬采空區(qū)的分段、分步，與實(shí)際采煤過(guò)程一致。
【專利說(shuō)明】一種用于模擬煤層開采的高壓充氣筏墊試驗(yàn)裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于采礦工程與地下工程中模型試驗(yàn)【技術(shù)領(lǐng)域】，主要應(yīng)用于采礦工程、地下工程領(lǐng)域進(jìn)行室內(nèi)相似材料模型試驗(yàn)研究中的煤巖體挖掘技術(shù)或煤巖體的采空技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]在采礦工程、地下工程領(lǐng)域，經(jīng)常開展相似材料物理模型試驗(yàn)研究，分析模擬地下煤層的開采(采空)過(guò)程，揭示覆巖和地表移動(dòng)變形規(guī)律。目前，建立的相似材料物理模型多以平面模型試驗(yàn)臺(tái)為平臺(tái)，以便于平面(二維)模型中煤層的直接切割采空。若為三維模型，一般應(yīng)先營(yíng)造出擬采空的煤層部分，要求煤層具有一定厚度和平面尺寸，且在建造模型過(guò)程中其形態(tài)應(yīng)保持穩(wěn)定，采空過(guò)程能夠精確控制。因此，在當(dāng)前的地下煤層采空的三維模型試驗(yàn)技術(shù)中，還存在以下問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)，即
[0003](I)如何在三維模型中，采用性能可靠的材料或裝置構(gòu)建擬采空的煤層，并便于操作。
[0004](2)對(duì)于三維模型中構(gòu)建的煤層(采空區(qū))，在采空前或上覆煤巖體模型建造過(guò)程中如何保持其形態(tài)穩(wěn)定。
[0005](3)在三維試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校捎诿簩与[藏在模型內(nèi)部，如何實(shí)現(xiàn)煤層的分段、分步采空。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明采用高壓氣墊原理，研制了一種模擬地下煤層采空的三維模型試驗(yàn)裝置及其方法。
[0007]—種用于模擬煤層開采的高壓充氣筏墊試驗(yàn)裝置，其特征在于包括四部分:即充氣筏墊部分、測(cè)壓裝置、充氣裝置、抽真空裝置；充氣筏墊牛津布面和牛津布拉帶通過(guò)粘結(jié)形成密閉筏墊即充氣筏墊部分，放置于試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牟煽諈^(qū)部位，密閉筏墊兩側(cè)密貼模型煤柱2。設(shè)置多排密閉筏墊，筏墊間存在筏墊間隙4。測(cè)壓裝置包括密閉氣管6、測(cè)壓表7、氣閥8、氣閥口 9和密閉氣管口 10 ;密閉氣管6—端與充氣筏墊牛津布面3粘結(jié)在一起，并保持筏墊的密閉性，另一端與測(cè)壓表7通過(guò)密閉氣管口 10連接，測(cè)壓表7與氣閥8連接。氣閥口 9連接充氣裝置給密閉筏墊充氣，模擬能夠承壓的煤層。在模擬采空時(shí)，將氣閥8打開放氣，并從密閉氣管口 10卸掉，將密閉氣管口 10連接抽真空裝置。
[0008]應(yīng)用所述裝置的方法，其特征在于:
[0009]在地下煤層采空三維模型試驗(yàn)時(shí)，將充氣筏墊牛津布面和牛津布拉帶通過(guò)粘結(jié)形成密閉筏墊即充氣筏墊部分放置于模型煤柱2之間模擬即將采空區(qū)，使用充氣裝置給筏墊充入氣體，通過(guò)測(cè)壓裝置測(cè)定其壓力值，高壓充氣后筏墊呈一定厚度的平板狀，該厚度根據(jù)模擬需要定做，在20?IOOmm之間，充氣筏墊平面大小根據(jù)模型試驗(yàn)要求定做，采空區(qū)可由若干充氣筏墊拼成，兩兩密貼。密閉氣管6 —端與充氣筏墊牛津布面3粘結(jié)在一起，并保持筏墊的密閉性，另一端與測(cè)壓表7通過(guò)密閉氣管口 10連接，測(cè)壓表7與氣閥8連接。氣閥口 9與氣泵出氣口 11連接，通過(guò)充氣裝置給密閉筏墊充氣，模擬能夠承壓的煤層。在模擬采空時(shí)，將氣閥8打開放氣，并從密閉氣管口 10卸掉，將密閉氣管口 10連接抽真空裝置。
[0010]本發(fā)明采用高壓氣墊原理，研制了一種模擬地下煤層采空的三維模型試驗(yàn)裝置及其方法，主要解決了以下技術(shù)問(wèn)題:
[0011](I)模擬采空區(qū)裝置的可靠性問(wèn)題:模擬采空區(qū)的充氣筏墊采用防水牛津布制作，強(qiáng)度高、氣密性好，并配備精確的測(cè)壓裝置、充氣裝置和抽真空裝置，模擬采空效果良好。
[0012](2)采空區(qū)模型形態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題:采用高壓充氣閥墊模擬煤層，依據(jù)試驗(yàn)的相似系數(shù)，可以精確確定模擬煤層的厚度和長(zhǎng)寬。牛筋布拉帶可使氣墊的平整度保持在±0.2_范圍內(nèi)，采空試驗(yàn)裝置充氣后可形成具有一定厚度和形狀的平板狀，氣壓可調(diào)控，確保模擬煤層采空區(qū)形態(tài)在試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谱鬟^(guò)程中保持恒定狀態(tài)。
[0013](3)采空區(qū)分段、分步采空試驗(yàn)問(wèn)題:因?yàn)閷?shí)際煤層的開采是采用分段、分步開挖，因此高壓充氣筏墊可制作成若干塊狀，充氣閥墊可緊密地拼接在模型采空區(qū)內(nèi)，之間的筏墊間隙4可保證埋藏在充氣閥墊以下若干層的拉線位移傳感器的拉線能順利通過(guò)。通過(guò)采用依次將緊挨的氣墊抽成真空的方式實(shí)現(xiàn)了模擬采空區(qū)的分段、分步采空試驗(yàn)過(guò)程，與實(shí)際采煤過(guò)程的順序和步驟完全吻合。
[0014]因此，采用本試驗(yàn)裝置與方法模擬采空區(qū)的分段、分步開采過(guò)程，可大大提高試驗(yàn)的工作效率，確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1試驗(yàn)裝置俯視圖
[0016]圖2圖1中A-A剖面圖。
[0017]其中1.采空區(qū)；2.模型煤柱；3.高壓充氣筏墊牛津布面；4.筏墊間隙；5.牛津布拉帶；6.密閉氣管；7.測(cè)壓表；8.氣閥；9.氣閥口 ；10.密閉氣管口。
【具體實(shí)施方式】
[0018]試驗(yàn)裝置的俯視圖如圖1所示，其中1.采空區(qū)；2.模型煤柱；3.高壓充氣筏墊牛津布面；4.後墊間隙；5.牛津布拉帶；6.密閉氣管；7.測(cè)壓表；8.氣閥；9.氣閥口 ；10.密閉氣管口 ；11.氣泵出氣口 ；12.高壓氣泵；13.真空泵；14.真空泵抽氣口)。
[0019]本發(fā)明是一套模擬地下煤層采空的三維模型試驗(yàn)裝置及其方法，整體技術(shù)包括四部分，即充氣筏墊部分、測(cè)壓裝置、充氣裝置、抽真空裝置。見圖1。其中充氣筏墊部分和測(cè)壓裝置是本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)。在地下煤層采空三維模型試驗(yàn)時(shí)，將充氣筏墊放置于模型煤柱2之間模擬即將采空區(qū)，使用充氣裝置給筏墊充入氣體，通過(guò)測(cè)壓裝置測(cè)定其壓力值(氣壓可達(dá)0.1MPa)，高壓充氣后筏墊呈一定厚度(根據(jù)模擬需要定做，在20?IOOmm之間)的平板狀，充氣筏墊平面大小根據(jù)模型試驗(yàn)要求定做，采空區(qū)可由若干充氣筏墊拼成，兩兩密貼。煤層采空過(guò)程即充氣筏墊的放氣過(guò)程，并使用抽真空裝置將充氣筏墊抽成真空，形成厚度小于Imm的薄片，以達(dá)到采空的目的。
[0020]高壓充氣筏墊牛津布面3和牛津布拉帶5通過(guò)粘結(jié)形成密閉筏墊，放置于試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牟煽諈^(qū)I部位，兩側(cè)密貼模型煤柱2。根據(jù)模型試驗(yàn)尺寸的需要設(shè)置多排密閉筏墊，筏墊間存在筏墊間隙4。密閉氣管6—端與筏墊牛津布面3粘結(jié)在一起，并保持筏墊的密閉性，另一端與測(cè)壓表7通過(guò)密閉氣管口 10連接，測(cè)壓表7與氣閥8連接。氣閥口 9與氣泵出氣口 11連接，可通過(guò)高壓氣泵12給密閉筏墊充氣，形成能夠承壓的煤層。在模擬采空時(shí)，將氣閥8打開放氣，并從密閉氣管口 10卸掉，將密閉氣管口 10通過(guò)真空泵抽氣口 14連接于真空泵13，對(duì)高壓充氣筏墊抽真空，模擬煤層采空。
【權(quán)利要求】
1.一種用于模擬煤層開采的高壓充氣筏墊試驗(yàn)裝置，其特征在于包括四部分:即充氣筏墊部分、測(cè)壓裝置、充氣裝置、抽真空裝置；充氣筏墊牛津布面和牛津布拉帶通過(guò)粘結(jié)形成密閉筏墊即充氣筏墊部分，放置于試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牟煽諈^(qū)部位，密閉筏墊兩側(cè)密貼模型煤柱(2);設(shè)置多排密閉筏墊，筏墊間存在筏墊間隙(4);測(cè)壓裝置包括密閉氣管(6)、測(cè)壓表(7)、氣閥(8)、氣閥口(9)和密閉氣管口(10);密閉氣管(6) —端與充氣筏墊牛津布面(3)粘結(jié)在一起，并保持筏墊的密閉性，另一端與測(cè)壓表(7)通過(guò)密閉氣管口(10)連接，測(cè)壓表(7)與氣閥(8)連接；氣閥口(9)連接充氣裝置給密閉筏墊充氣，模擬能夠承壓的煤層；在模擬采空時(shí)，將氣閥(8)打開放氣，并從密閉氣管口(10)卸掉，將密閉氣管口(10)連接抽真空裝置。
2.應(yīng)用權(quán)利要求1所述裝置的方法，其特征在于: 在地下煤層采空三維模型試驗(yàn)時(shí)，將充氣筏墊牛津布面和牛津布拉帶通過(guò)粘結(jié)形成密閉筏墊即充氣筏墊部分放置于模型煤柱(2)之間模擬即將采空區(qū)，使用充氣裝置給筏墊充入氣體，通過(guò)測(cè)壓裝置測(cè)定其壓力值，高壓充氣后筏墊呈平板狀，采空區(qū)由若干充氣筏墊拼成，兩兩密貼；密閉氣管(6)—端與充氣筏墊牛津布面(3)粘結(jié)在一起，并保持筏墊的密閉性，另一端與測(cè) 壓表(7 )通過(guò)密閉氣管口( 10 )連接，測(cè)壓表(7 )與氣閥(8 )連接；氣閥口( 9 )與氣泵出氣口(11)連接，通過(guò)充氣裝置給密閉筏墊充氣，模擬能夠承壓的煤層；在模擬采空時(shí)，將氣閥(8)打開放氣，并從密閉氣管口(10)卸掉，將密閉氣管口(10)連接抽真空裝置。
【文檔編號(hào)】G01N33/24GK103901167SQ201410124259
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月29日
【發(fā)明者】姚愛軍, 孟召平, 胡愈, 師修昌 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué), 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)