CN105954498A - 一种矿山立体物理模拟煤岩层装填及开采方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种矿山立体物理模拟煤岩层装填及开采方法，包括以下步骤：选择合适的地质相似体进行立体物理模型架相似材料装填，每次装填相似材料均一次配料搅拌完成；左右横杆将装填空间内相似材料抹平，采用小型自动行走式夯实机对装填相似材料进行夯实，每次装填夯实后铺设云母分层，在装填煤层位置安设可移动双夹板支承装置；模型装填过程中埋设顶板不同位置应力变化监测点，装填完成后依次进行风干与拆除实验架前后横板，将顶板应力监测引线、可移动双夹板支承装置传输引线与数据采集系统相接；在煤层开采位置降低可移动双夹板支承装置的双夹板间距与顶板产生间隙时，按采煤速率比抽出可移动双夹板支承装置，实时采集监测数据，完成采煤工作。

Description

一种矿山立体物理模拟煤岩层装填及开采方法
技术领域
本发明涉及一种矿山相似模拟实验煤层装填及开采方法，属于实验装填及开采方法领域，尤其涉及到矿山立体物理模拟煤层装填及开采方法。
背景技术
由于受地下工程环境的复杂性及难于现场研究的制约，相似模拟实验成了井下开采覆岩运动变化研究的一种重要手段。目前，较多矿山相似模拟实验，多采用平面物理模型进行模拟，而平面物理模拟实验虽然装填与开采方式简单，但不能实际表征井下煤层开采三维空间环境，难以与实际工程环境相对应。为了精确模拟地下采矿工程环境，三维物理模拟煤层开采实验以它更接近于现场实际而逐渐发展起来，但由于三维物理模拟实验架尺寸较大、装填困难及不确定人为操作等，造成装填模拟煤岩层的均质性无法保证，导致实验装填过程就出现了与实际模拟偏离较大的情况。同时，三维物理模拟实验架装填完成后，由于模拟煤层开采高度有限，工作面推进方向垂直的煤层尺度较大，人为每进行一次煤层开采时间较长，且中间煤层开采人为操作难度大，易造成开采时效差异及开采难以实现。因此，如何选用合适的煤岩层相似材料装填及开采方法极为关键，这是研究由开采所引发的一系列问题的前提条件。
基于针对矿山三维物理模拟煤岩层装填与开采面临的技术问题，提出一种矿山立体物理模拟煤岩层装填及开采方法，通过采用小型自动行走式夯实机与模拟煤层的可移动双夹板支承装置，实现三维物理模拟实验架煤岩层装填与煤层开采的半机械化，提高相似材料装填过程精确性与开采时效性，对于还原矿山井下煤层开采环境，分析开采所引发的一系列问题具有重要的意义。
发明内容
本发明基于矿山立体物理模拟实验煤岩层装填不均、模拟相同岩层强度不一及煤层开采具有时效差异及其难以合理开采的问题，提出一种矿山立体物理模拟煤岩层装填及开采方法，旨在解决矿山立体物理模拟实验煤岩层装填及开采技术难题，实现矿山立体物理模拟相似材料的合理装填及有效开采。
为解决上述问题，本发明一种矿山立体物理模拟煤岩层装填及开采方法，其采取的技术方案是：选择合适的地质相似体进行立体物理模型架相似材料装填，每次装填相似材料均一次配料搅拌完成；左右移动横杆将装填空间内相似材料抹平，采用小型自动行走式夯实机对装填相似材料进行夯实，每次装填夯实后铺设云母分层，在装填煤层位置安设高度可调的可移动双夹板支承装置；模型装填过程中埋设顶板不同位置应力变化监测点，装填完成后依次进行模型材料风干与拆除实验架前后横板，将应力监测引线、可移动双夹板支承装置传输引线与数据采集系统相接；在煤层开采位置降低可移动双夹板支承装置的双夹板间距，当可移动双夹板支承装置上夹板与顶板产生间隙时，按采煤速率比抽出可移动双夹板支承装置，实时采集监测数据，完成采煤工作。
该方法主要包括以下步骤：
步骤一，在相似模拟实验架的左侧梁、右侧梁的前后面通过螺栓固定横板，组成相似材料装填空间；
步骤二，根据相似材料配比，选择合适的地质相似体进行立体物理模拟实验相似材料装填，每次装填相似材料均一次配料搅拌完成；
步骤三，左右移动横杆将模型装填空间内相似材料抹平，采用小型自动行走式夯实机对装填相似材料进行夯实，每次装填夯实后铺设云母分层；
步骤四，在装填煤层位置安设长宽高分别模拟开采煤层工作面长度、采煤进尺与煤层高度的可移动双夹板支承装置；
步骤五，模型装填过程中埋设顶板不同位置应力传感器，装填完成后依次进行相似材料风干与拆除实验架前后面横板，将监测套管内出露的应力监测引线、可移动双夹板支承装置的传输引线与数据采集系统相接；
步骤六，在煤层开采位置降低可移动双夹板支承装置的上夹板与下夹板间距，当可移动双夹板支承装置上夹板与顶板产生间隙时，按采煤速率比抽出可移动双夹板支承装置，实时采集监测数据，完成采煤工作。
进一步，在步骤一中，横板采用槽钢制作，两端开设螺孔，且横板两端分别固定于左侧梁、右侧梁同一面。
进一步，在步骤三中，横杆长度等于相似材料装填空间宽度，小型自动行走式夯实机对每次装填相似材料夯实力度与夯实次数一致。
进一步，在步骤四中，可移动双夹板支承装置的上夹板与下夹板间距根据煤层及开采条件进行调节。
进一步，在步骤六中，每次抽出一个可移动双夹板支承装置为一个采煤进刀。
本发明的优点和有益效果是：通过采用小型自动行走式夯实机与模拟煤层的可移动双夹板支承装置，实现三维物理模拟实验架煤岩层装填与煤层开采的半自动化，提高立体三维相似模拟实验的精确性，较好地还原矿山井下开采环境，为井下安全开采提供了参考。
附图说明
图1是实现本发明一种矿山立体物理模拟煤岩层装填及开采方法示意图。
图2是图1的左视图。
图3是图1的俯视图。
图中：1为应力监测引线；2为小型自动行走式夯实机；3为监测套管；4为横杆；5为左侧梁；6为应力传感器；7为顶板；8为上夹板；9为传输引线；10为煤层；11为可移动双夹板支承装置；12为下夹板；13为右侧梁；14为螺孔；15为螺栓；16为横板；17为实验架。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的描述。
本发明提供了一种矿山立体物理模拟煤岩层装填及开采方法。
如图1～3所示，本发明的具体实施方式包括如下步骤：
步骤一，在相似模拟实验架18的左侧梁5、右侧梁13的前后面通过螺栓15固定横板16，组成相似材料装填空间；
步骤二，根据相似材料配比，选择合适的地质相似体进行立体物理模拟实验相似材料装填，每次装填相似材料均一次配料搅拌完成；
步骤三，左右移动横杆4将模型装填空间内相似材料抹平，采用小型自动行走式夯实机2对装填相似材料进行夯实，每次装填夯实后铺设云母分层；
步骤四，在装填煤层10位置安设长宽高分别模拟开采煤层10工作面长度、采煤进尺与煤层10高度的可移动双夹板支承装置11；
步骤五，模型装填过程中埋设顶板7不同位置应力传感器6，装填完成后依次进行相似材料风干与拆除实验架前后面横板16，将监测套管3内出露的应力监测引线1、可移动双夹板支承装置11的传输引线9与数据采集系统相接；
步骤六，在煤层10开采位置降低可移动双夹板支承装置11的上夹板8与下夹板12间距，当可移动双夹板支承装置11上夹板8与顶板7产生间隙时，按采煤速率比抽出可移动双夹板支承装置11，实时采集监测数据，完成采煤工作。
进一步，在步骤一中，横板16采用槽钢制作，两端开设螺孔14，且横板16两端分别固定于左侧梁5、右侧梁13同一面。
进一步，在步骤三中，横杆4长度等于相似材料装填空间宽度，小型自动行走式夯实机2对每次装填相似材料夯实力度与夯实次数一致。
进一步，在步骤四中，可移动双夹板支承装置11的上夹板8与下夹板12间距根据煤层10及开采条件进行调节。
进一步，在步骤六中，每次抽出一个可移动双夹板支承装置11为一个采煤进刀。
本发明不仅仅局限于本实施方式的描述，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种矿山立体物理模拟煤岩层装填及开采方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在相似模拟实验架的左侧梁、右侧梁的前后面通过螺栓固定横板，组成相似材料装填空间；
步骤二，根据相似材料配比，选择合适的地质相似体进行立体物理模拟实验相似材料装填，每次装填相似材料均一次配料搅拌完成；
步骤三，左右移动横杆将模型装填空间内相似材料抹平，采用小型自动行走式夯实机对装填相似材料进行夯实，每次装填夯实后铺设云母分层；
步骤四，在装填煤层位置安设长宽高分别模拟开采煤层工作面长度、采煤进尺与煤层高度的可移动双夹板支承装置；
步骤五，模型装填过程中埋设顶板不同位置应力传感器，装填完成后依次进行相似材料风干与拆除实验架前后面横板，将监测套管内出露的应力监测引线、可移动双夹板支承装置的传输引线与数据采集系统相接；
步骤六，在煤层开采位置降低可移动双夹板支承装置的上夹板与下夹板间距，当可移动双夹板支承装置上夹板与顶板产生间隙时，按采煤速率比抽出可移动双夹板支承装置，实时采集监测数据，完成采煤工作。
2.根据权利要求1所述的一种矿山立体物理模拟煤岩层装填及开采方法，其特征在于，在步骤一中，横板采用槽钢制作，两端开设螺孔，且横板两端分别固定于左侧梁、右侧梁同一面。
3.根据权利要求1所述的一种矿山立体物理模拟煤岩层装填及开采方法，其特征在于，在步骤三中，横杆长度等于相似材料装填空间宽度，小型自动行走式夯实机对每次装填相似材料夯实力度与夯实次数一致。
4.根据权利要求1所述的一种矿山立体物理模拟煤岩层装填及开采方法，其特征在于，在步骤四中，可移动双夹板支承装置的上夹板与下夹板间距根据煤层及开采条件进行调节。
5.根据权利要求1所述的一种矿山立体物理模拟煤岩层装填及开采方法，其特征在于，在步骤六中，每次抽出一个可移动双夹板支承装置为一个采煤进刀。
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