采場(chǎng)密閉空間煤層回采三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種采場(chǎng)密閉空間煤層回采相似模擬實(shí)驗(yàn)，具體為采場(chǎng)密閉空間煤層 回采三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 相似模擬實(shí)驗(yàn)是真實(shí)的物理實(shí)體，在基本滿足相似原理的條件下，能更真實(shí)的反 映巖體和工程結(jié)構(gòu)空間關(guān)系，更準(zhǔn)確的模擬開挖施工過程的影響，在國內(nèi)外巖土與采礦工 程界得到廣泛應(yīng)用，成為采礦、地質(zhì)、巖土等工程問題的必要研宄手段。目前，國內(nèi)科研院 所進(jìn)行了一些地下工程三維相似模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)煤礦開采工作面回采過程中采場(chǎng)覆巖破壞特 征等進(jìn)行了研宄，但以上三維模擬實(shí)驗(yàn)中，煤層回采從模型某一邊界開始，受邊界條件影響 大，不能實(shí)現(xiàn)密閉采場(chǎng)空間開采，難以對(duì)采場(chǎng)圍巖破壞特征進(jìn)行真實(shí)的相似研宄，特別是大 傾角煤層長壁采場(chǎng)受煤層傾角影響，位于模型內(nèi)部，必須解決三維相似模擬實(shí)驗(yàn)密閉空間 回采問題。因此，亟需研宄一種地下工程三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)密閉空間回采裝置， 實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦開采長壁采場(chǎng)（特別是大傾角長壁采場(chǎng)）圍巖三維破壞特征的研宄，以確保煤 礦安全高效生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種提供了采場(chǎng)密閉空間煤層回采三維物理相似模擬實(shí) 驗(yàn)裝置及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)地下工程密閉空間回采的三維相似模擬，更為精確模擬密閉空間 回采情況，更好的反映長壁采場(chǎng)圍巖變形破壞三維特征，較好地實(shí)現(xiàn)與工程實(shí)際情況相似 模擬，以為地下三維密閉空間煤層回采存在的特性提供更為可靠地參考依據(jù)。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0005] 采場(chǎng)密閉空間煤層回采三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括進(jìn)水管、出水管、底板、 采場(chǎng)、內(nèi)置膠結(jié)易溶充填體膠囊、煤層、模型邊界、頂板、水源、閥門、蓄水池及水泵；該裝置 由頂板、模型邊界及底板密閉成圓柱體結(jié)構(gòu)，所述模型邊界內(nèi)設(shè)置采場(chǎng)，在采場(chǎng)位置沿工作 面推進(jìn)方向依次鋪裝1#至20#共20個(gè)內(nèi)置膠結(jié)易溶充填體膠囊，并在采場(chǎng)四周鋪裝煤層， 所述水源通過進(jìn)水管與內(nèi)置膠結(jié)易溶充填體膠囊連接，且所述水源設(shè)有閥門，內(nèi)置膠結(jié)易 溶充填體膠囊通過出水管與蓄水池連接，且蓄水池內(nèi)設(shè)有水泵。
[0006] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案，內(nèi)置膠結(jié)易溶充填體膠囊由囊體、上封蓋、下封蓋、膠 結(jié)易溶充填體、進(jìn)水口、出水口按照一定相似比例組成，所述進(jìn)水口位于上封蓋；所述出水 口位于下封蓋。
[0007] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案，內(nèi)置膠結(jié)易溶充填體膠囊采用橡膠材料制成。
[0008] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案，膠結(jié)易溶充填體采用白糖、石鹽、水按照一定比例混 合，采用模具制成充填體散體模型，并在200°c條件下烘干，冷卻制成。
[0009] 采用上述實(shí)驗(yàn)裝置的采場(chǎng)密閉空間煤層回采三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)方法，按照以 下步驟：從采場(chǎng)邊界的1#內(nèi)置膠結(jié)易溶充填體膠囊開始，將水源的閥門打開，清水從進(jìn)水 管經(jīng)上封蓋的進(jìn)水口，進(jìn)入內(nèi)置膠結(jié)易溶充填體膠囊，膠結(jié)易溶充填體遇水溶化形成糖鹽 混合溶液，溶化液體在自重及水壓作用下從下封蓋的出水口進(jìn)過出水管，排入蓄水池，并通 過水泵排出，當(dāng)膠囊排出液體由糖鹽溶液轉(zhuǎn)變?yōu)榧儍羲畷r(shí)，說明膠囊中膠結(jié)易容塊體完全 溶化并排出，關(guān)閉閥門停止注水，實(shí)現(xiàn)工作面下行割煤；按照上述過程依次順序?qū)ο噜彽?2#至20#內(nèi)置膠結(jié)易溶充填體膠囊注水，實(shí)現(xiàn)工作面沿走向推進(jìn)，完成采場(chǎng)煤層回采。
[0010] 在實(shí)驗(yàn)前對(duì)內(nèi)置膠結(jié)易溶充填體膠囊進(jìn)行氣密性檢測(cè)。
[0011] 在注水過程中，控制注水速度及進(jìn)排水量，防治注水過程中膠囊水壓過大破裂。
[0012] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0013] (1)內(nèi)置膠結(jié)易溶充填體膠囊設(shè)計(jì)合理、所需材料簡(jiǎn)單便于實(shí)現(xiàn)。
[0014] (2)能夠較好實(shí)現(xiàn)工作面回采工藝、時(shí)間相似，能真實(shí)的反映長壁采場(chǎng)圍巖變形破 壞三維特征。
[0015] 綜上所述，本發(fā)明設(shè)計(jì)合理、所需材料簡(jiǎn)單、實(shí)施方便易于實(shí)現(xiàn)，使用效果好，較好 實(shí)現(xiàn)與工程實(shí)際情況相似，真實(shí)反映采場(chǎng)圍巖變形三維特征。
【附圖說明】
[0016] 附圖1為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。
[0017] 附圖2為內(nèi)置膠結(jié)易溶充填體膠囊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 附圖標(biāo)記說明：1_囊體；2-上封蓋；3-下封蓋；4-膠結(jié)易溶充填體；5-進(jìn)水口； 6-出水口；7-進(jìn)水管；8-出水管；9-底板；10-采場(chǎng)；11-內(nèi)置膠結(jié)易溶充填體膠囊；12-煤 層；13 -模型邊界；14-頂板；15-水源；16-閥門；17-蓄水池；18-水泵；H-米尚；L-工作面 長度；U-工作面日推進(jìn)度。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0020] 如圖1所示，采場(chǎng)密閉空間煤層回采三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括進(jìn)水管7、 出水管8、底板9、采場(chǎng)10、內(nèi)置膠結(jié)易溶充填體膠囊11、煤層12、模型邊界13、頂板14、水源 15、閥門16、蓄水池17及水泵18 ;該裝置由頂板14、模型邊界13及底板9密閉成圓柱體結(jié) 構(gòu)，所述模型邊界13內(nèi)設(shè)置采場(chǎng)10,在采場(chǎng)10位置沿工作面推進(jìn)方向依次鋪裝1#至20# 共20個(gè)內(nèi)置膠結(jié)易溶充填體膠囊11，并在采場(chǎng)10四周鋪裝煤層12,所述水源15通過進(jìn)水 管7與內(nèi)置膠結(jié)易溶充填體膠囊11連接，且所述水源15設(shè)有閥門16,內(nèi)置膠結(jié)易溶充填體 膠囊11通過出水管8與蓄水池17連接，且蓄水池17內(nèi)設(shè)有水泵18。
[0021] 如圖2所示，內(nèi)置膠結(jié)易溶充填體膠囊11由囊體1、上封蓋2、下封蓋3、膠結(jié)易溶 充填體4、進(jìn)水口 5、出水口 6按照一定相似比例組成，所述進(jìn)水口 5位于上封蓋2 ;所述出 水口 6位于下封蓋3。
[0022] 內(nèi)置膠結(jié)易溶充填體膠囊制作：選擇一個(gè)大傾角長壁工作面作為模擬實(shí)驗(yàn)原型， 該工作面長度120m，采高