CN105758992A - 顶煤冒放性预测试验台及预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种顶煤冒放性预测试验台，底座的相对两侧边分别固定连接第一侧板和第二侧板，第一侧板的两竖边分别固定连接第一固定柱和第二固定柱，第二侧板的两竖边分别固定连接第三固定柱和第四固定柱，固定柱的一端固定连接底座，第一固定柱和第三固定柱之间可拆卸连接条板，第二固定柱和第四固定柱之间可拆卸连接条板，加载系统设置于底座的上方。本发明还提出一种顶煤冒放性预测方法。本发明的顶煤冒放性预测试验台，操作方便、结构牢固、试验稳定可靠，接近工作面实际放顶煤开采现场，实现较精准地预测顶煤的冒放性；本发明的顶煤冒放性预测方法，接近工作面实际放顶煤开采工艺，实现较精准地预测顶煤的冒放性。

Description

顶煤冒放性预测试验台及预测方法

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，特别是涉及一种顶煤冒放性预测试验台及预测方法。

背景技术

放顶煤开采是我国煤矿行业中厚煤层广泛采用的采煤技术。顶煤冒放性是指特定地质条件下，放顶煤采场的顶煤在支承压力作用下冒落放出的难易程度。顶煤冒放性的好坏是放顶煤开采成败的关键所在，科学准确地评价顶煤冒放的难易程度，不仅可以判定煤层能否进行放顶煤开采，而且为放顶煤开采工艺参数设计和提高顶煤回收率所要采取的措施提供重要依据，对放顶煤开采技术的合理推广与应用也具有重大现实意义。现有技术对于顶煤冒放性的研究尚停留在现场经验观测，或者根据相关力学理论分析，少量研究采用了数值模拟软件的方式进行预测。现场经验观测通常存有较大的主观性，存在较大的失误可能；现场实际条件复杂多变，力学理论分析的方式往往不能与客观事实相符；数值模拟软件的模拟精度不足、功能存有漏洞，预测结果亦无法实现精准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种顶煤冒放性预测试验台及预测方法以实现较精准的预测顶煤的冒放性。

本发明提供一种顶煤冒放性预测试验台，包括底座、第一侧板、第二侧板、固定柱、条板以及加载系统，底座的相对两侧边分别固定连接第一侧板和第二侧板，固定柱包括第一固定柱、第二固定柱、第三固定柱和第四固定柱，第一侧板的两竖边分别固定连接第一固定柱和第二固定柱，第二侧板的两竖边分别固定连接第三固定柱和第四固定柱，固定柱的一端固定连接底座，第一固定柱和第三固定柱之间可拆卸连接条板，第二固定柱和第四固定柱之间可拆卸连接条板，加载系统设置于底座的上方。

进一步的，所述条板为多块，条板的两端分别与固定柱可拆卸连接。

进一步的，还包括多块煤层竖板，煤层竖板的两端与相邻的条板可拆卸连接。

进一步的，条板和煤层竖板由有机玻璃材料制成。

进一步的，所述加载系统包括控制器、动力装置和液压缸，控制器与动力装置信号连接，动力装置经液压管路连接液压缸，液压缸的活塞杆装配连接有加载盘。

进一步的，还包括支撑横杆和支撑竖杆，支撑竖杆与固定柱的另一端固定连接，支撑横杆与支撑竖杆固定连接，液压缸装配连接支撑横杆。

本发明还提供一种顶煤冒放性预测方法，包括以下步骤：

步骤一、制定几何相似比、应力相似比、容重相似比和时间相似比；

步骤二、按照应力相似比，选择或配制相似材料；

步骤三、按照几何相似比和应力相似比，在顶煤冒放性预测试验台内装配条板并铺设相似材料形成具有岩层和煤层的相似模型；

步骤四、按照容重相似比，加载系统进行加载并使相似模型风干成形；

步骤五、按照时间相似比，拆卸条板后模拟开通工作面切眼和推采；

步骤六、观察顶煤冒放情况，确定顶煤冒放性。

进一步的，步骤三中在煤层处装配煤层竖板。

进一步的，步骤五替换为：随着模拟开通工作面切眼和推采进度仅逐渐拆卸煤层竖板。

进一步的，步骤六中通过内窥镜观察顶煤冒放情况。

与现有技术相比，本发明的顶煤冒放性预测试验台具有以下特点和优点：

1、本发明的顶煤冒放性预测试验台，操作方便、结构牢固、试验稳定可靠，接近工作面实际放顶煤开采现场，实现较精准地预测顶煤的冒放性；

2、本发明的顶煤冒放性预测方法，接近工作面实际放顶煤开采工艺，实现较精准地预测顶煤的冒放性。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一中顶煤冒放性预测试验台的结构示意图的主视图；

图2为本发明实施例一中顶煤冒放性预测试验台的结构示意图的俯视图；

图3为本发明实施例一中内设相似模型的顶煤冒放性预测试验台的结构示意图的主视图；

图4为本发明实施例二中顶煤冒放性预测试验台的结构示意图的主视图；

其中，

11、矩形底座，121、第一侧钢板，122、第二侧钢板，131、第一固定钢柱，132、第二固定钢柱，133、第三固定钢柱，134、第四固定钢柱，14、条板，15、煤层竖板，16、支撑竖杆，17、支撑横杆，21、控制器，22、动力装置，23、液压缸，24、信号电缆，25、液压管路，26、加载盘，31、螺栓，32、卡扣，41、岩层，42、煤层，5、工作面切眼。

具体实施方式

实施例一：

如图1至图3所示，本实施例提供一种顶煤冒放性预测试验台，矩形底座11的相对两侧边分别固定连接第一侧钢板121和第二侧钢板122，第一固定钢柱131、第二固定钢柱132、第三固定钢柱133和第四固定钢柱134的一端固定连接矩形底座11的四个夹角的位置，第一侧钢板121的两竖边分别固定连接第一固定钢柱131和第二固定钢柱132，第二侧钢板122的两竖边分别固定连接第三固定钢柱133和第四固定钢柱134，由有机玻璃材料制成的条板14为多块，第一固定钢柱131和第三固定钢柱133之间经螺栓31可拆卸连接条板14，第二固定钢柱132和第四固定钢柱134之间经螺栓31可拆卸连接条板14。矩形底座11、第一侧钢板121、第二侧钢板122及条板14围成一面开口的试验箱体。第一侧钢板121与第一固定钢柱131、第二固定钢柱132固定连接，第二侧钢板122与第三固定钢柱133和第四固定钢柱134固定连接，增强了试验箱体的刚性。有机玻璃材料制成的条板14为透明设计，方便试验人员观察试验箱体内的岩层41和煤层42变化。条板14为多块，可以根据岩层41和煤层42的地质变化情况灵活搭接条板14，假设条板的宽度为1个单位长度，试验箱内从下往上第一层为岩层41、第二层为煤层42、第三层、第四层、第五层、第六层为岩层41，第一层的厚度为2个单位长度，第二层的厚度为4个单位长度，第三层的厚度为3个单位长度，第四层的厚度为1个单位长度，第五层的厚度为2个单位长度，第六层的厚度为2个单位长度，则在第一层处搭接2块条板14，在第二层处搭接4块条板14，在第三层处搭接3块条板14，在第四层处搭接1块条板14，在第五层处搭接2块条板14，在第六层处搭接2块条板14。加载系统包括控制器21、动力装置22和液压缸23，控制器21经信号电缆24与动力装置22信号连接，动力装置22经液压管路25连接液压缸23，第一固定钢柱131和第二固定钢柱132的另一端之间固定连接支撑竖杆16，第三固定钢柱133和第四固定钢柱134的另一端之间固定连接支撑竖杆16，支撑竖杆16之间固定连接支撑横杆17，液压缸23装配连接在支撑横杆17上，液压缸23的活塞杆装配连接有加载盘26，加载盘26位于矩形底座11的上方。控制器21根据要求确定加载载荷标准经动力装置22控制液压缸23的活塞杆上的加载盘26压紧相似模型，以模拟相似模型上方未模拟的地层对相似模型的载荷。液压缸23因经支撑横杆17、支撑竖杆16、第一固定钢柱131、第二固定钢柱132、第三固定钢柱133、第四固定钢柱134固定连接矩形底座11，因而液压缸23受到的反作用力传递至底座11，使整个顶煤冒放性预测试验台在加载过程稳定、牢固。

本实施例还提供一种顶煤冒放性预测方法，包括以下步骤：

步骤一、按照相似模拟试验要求，结合相似试验台尺寸，制定几何相似比；根据煤岩体强度参数制定应力相似比；根据煤岩体容重特征制定容重相似比；根据工作面综放工艺制定时间相似比。

步骤二、按照应力相似比，选择或配制相似材料；

步骤三、按照几何相似比和应力相似比，根据实际地层次序和煤岩层厚度、倾角在顶煤冒放性预测试验台内装配条板14并铺设相似材料形成具有岩层41和煤层42的相似模型；

步骤四、对于相似模型上部未模拟的地层，按照容重相似比，加载系统在相似模型的上部进行加载并使相似模型风干成形；

步骤五、按照时间相似比，拆卸条板后，利用小铲、手锯等工具在煤层42位置模拟开通工作面切眼和进行适当距离的推采；

步骤六、相似模型开挖之后，观察顶煤冒放情况，进一步可通过内窥镜观察顶煤冒放情况，最后结合下表，确定该工作面顶煤冒放性特征。工作面顶煤冒放性可作为论证矿井放顶煤工艺实施的依据，或作为矿井放顶煤工艺参数制定的理论指导。

实施例二：

如图4所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，本实施例的一种顶煤冒放性预测试验台，还包括多块由有机玻璃材料制成的煤层竖板15，煤层竖板15的两端经卡扣32与相邻的条板14可拆卸连接。增加多块煤层竖板15可以使顶煤冒放性预测试验台在进行预测试验时，随着模拟开通工作面切眼5和推采进度仅逐渐拆卸煤层竖板15，如此可以使顶煤冒放性预测试验台更接近工作面实际放顶煤开采，提高试验预测的精准度。

本实施例的一种顶煤冒放性预测方法，包括以下步骤：

步骤一、按照相似模拟试验要求，结合相似试验台尺寸，制定几何相似比；根据煤岩体强度参数制定应力相似比；根据煤岩体容重特征制定容重相似比；根据工作面综放工艺制定时间相似比。

步骤二、按照应力相似比，选择或配制相似材料；

步骤三、按照几何相似比和应力相似比，根据实际地层次序和煤岩层厚度、倾角在顶煤冒放性预测试验台内装配条板14和煤层竖板15并铺设相似材料形成具有岩层41和煤层42的相似模型，其中，岩层41处装配条板14，煤层42处装配煤层竖板15。

步骤四、对于相似模型上部未模拟的地层，按照容重相似比，加载系统在相似模型的上部进行加载并使相似模型风干成形；

步骤五、按照时间相似比，利用小铲、手锯等工具在煤层42位置随着模拟开通工作面切眼5和进行适当距离的推采，在开通工作面切眼5和进行适当距离推采的过程中仅逐渐拆卸煤层竖板15。

步骤六、相似模型开挖之后，观察顶煤冒放情况，进一步可通过内窥镜观察顶煤冒放情况，最后结合下表，确定该工作面顶煤冒放性特征。工作面顶煤冒放性可作为论证矿井放顶煤工艺实施的依据，或作为矿井放顶煤工艺参数制定的理论指导。

本实施例的一种顶煤冒放性预测方法，通过步骤三中在煤层42处装配煤层竖板15，步骤五替换为：随着模拟开通工作面切5和推采进度仅逐渐拆卸煤层竖板15。如此可以使本实施例的顶煤冒放性预测方法更接近工作面实际放顶煤开采工艺，其得到的顶煤冒放性预测数据也更加精准。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种顶煤冒放性预测试验台，其特征在于：包括底座、第一侧板、第二侧板、固定柱、条板以及加载系统，底座的相对两侧边分别固定连接第一侧板和第二侧板，固定柱包括第一固定柱、第二固定柱、第三固定柱和第四固定柱，第一侧板的两竖边分别固定连接第一固定柱和第二固定柱，第二侧板的两竖边分别固定连接第三固定柱和第四固定柱，固定柱的一端固定连接底座，第一固定柱和第三固定柱之间可拆卸连接条板，第二固定柱和第四固定柱之间可拆卸连接条板，加载系统设置于底座的上方。

2.根据权利要求1所述的顶煤冒放性预测试验台，其特征在于：所述条板为多块，条板的两端分别与固定柱可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的顶煤冒放性预测试验台，其特征在于：还包括多块煤层竖板，煤层竖板的两端与相邻的条板可拆卸连接。

4.根据权利要求3所述的顶煤冒放性预测试验台，其特征在于：条板和煤层竖板由有机玻璃材料制成。

5.根据权利要求1至4任一项所述的顶煤冒放性预测试验台，其特征在于：所述加载系统包括控制器、动力装置和液压缸，控制器与动力装置信号连接，动力装置经液压管路连接液压缸，液压缸的活塞杆装配连接有加载盘。

6.根据权利要求5所述的顶煤冒放性预测试验台，其特征在于：还包括支撑横杆和支撑竖杆，支撑竖杆与固定柱的另一端固定连接，支撑横杆与支撑竖杆固定连接，液压缸装配连接支撑横杆。

7.一种顶煤冒放性预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、制定几何相似比、应力相似比、容重相似比和时间相似比；

步骤二、按照应力相似比，选择或配制相似材料；

步骤三、按照几何相似比和应力相似比，在顶煤冒放性预测试验台内装配条板并铺设相似材料形成具有岩层和煤层的相似模型；

步骤四、按照容重相似比，加载系统进行加载并使相似模型风干成形；

步骤五、按照时间相似比，拆卸条板后模拟开通工作面切眼和推采；

步骤六、观察顶煤冒放情况，确定顶煤冒放性。

8.根据权利要求7所述的顶煤冒放性预测方法，其特征在于：步骤三中在煤层处装配煤层竖板。

9.根据权利要求8所述的顶煤冒放性预测方法，其特征在于，步骤五替换为：随着模拟开通工作面切眼和推采进度仅逐渐拆卸煤层竖板。

10.根据权利要求7所述的顶煤冒放性预测方法，其特征在于，步骤六中通过内窥镜观察顶煤冒放情况。