CN109406754A - 煤层开采的模拟方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种煤层开采的模拟方法、装置和系统，方法包括：将多个模拟装置固定在试验模型架上；采用模拟装置的控制装置调整模拟装置的升降螺杆的高度后，采用模拟装置的控制装置固定模拟装置的升降调节杆；在模拟装置的顶部安装试验模型架侧护板并铺设相似材料，重复安装试验模型架侧护板以及铺设相似材料的动作直至铺设岩层到试验模型架的最上端；待岩层干燥后将试验模型架侧护板拆除；模拟开采煤层时，根据煤层开采宽度要求，计算需要依次降低的模拟装置的个数，并根据需要降低的高度依次降低模拟装置的高度。本发明解决了现有技术中模拟煤层开采的方法带来的模型容易垮塌、模拟结果不可靠以及浪费模拟材料的技术问题。

Description

煤层开采的模拟方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及机械领域，尤其涉及一种煤层开采的模拟方法、装置和系统。

背景技术

相似材料模拟试验是煤矿开采中岩层移动研究的重要手段，其具有直观形象、可重复、成本低廉、不受自然环境影响等优点。在矿业工程领域相关问题的研究中，得到了普遍使用。

目前模拟煤层开采的方法主要有钢锯条(窄钢条)切割模型上铺设的煤层、抽出预先铺垫的小尺寸木质的条板、采用液力袋充放液体或底部铺设液压千斤顶通过调整液体压力等方式模拟开采，这些方法的主要缺点有：(1)切割厚度及长度不易控制，顶板垮落后继续开采，往往引起垮落体移动或从模型上剥落，影响模拟结果；(2)抽取法易造成模拟顶底板损坏或带出垮落体，受力不均时甚至造成模型垮塌；(3)液力袋或千斤顶模拟高度不易控制，且模拟煤层上方岩层铺设过程中，尤其顶板铺设过程中，因液体受力不均，顶板形态不易控制、模拟强度和几何尺寸难以把握。因此，为了保证模拟结果的可靠性，避免模型垮塌造成的时间和材料的浪费，需要一种能够有效模拟煤层开采的模拟方法和装置。

发明内容

基于以上问题，本发明提出一种煤层开采的模拟方法、装置和系统，解决了现有技术中模拟煤层开采的方法带来的模型容易垮塌、模拟结果不可靠以及浪费模拟材料的技术问题。

本发明提出一种煤层开采的模拟方法，包括：

将多个模拟装置固定在试验模型架上；

采用模拟装置的控制装置调整模拟装置的升降螺杆的高度后，采用模拟装置的控制装置固定模拟装置的升降调节杆；

在模拟装置的顶部安装试验模型架侧护板并铺设相似材料，重复安装试验模型架侧护板以及铺设相似材料的动作直至铺设岩层到试验模型架的最上端；

待岩层干燥后将试验模型架侧护板拆除；

模拟开采煤层时，根据煤层开采宽度要求，计算需要依次降低的模拟装置的个数，并根据需要降低的高度依次降低模拟装置的高度。

此外，所述方法还包括：在模拟装置的顶部安装试验模型架侧护板并铺设相似材料时，在相似材料中放入传感器，用于监测相似材料和/或地表的位移或应力，所述传感器包括：位移传感器和/或应力传感器。

此外，所述方法还包括：模拟开采煤层时，需要先拆除模拟装置的控制装置，降低模拟装置的高度后，再将控制装置安装原位，以防止模拟装置上部的相似材料的压力过大导致升降调节杆自行转动。

此外，所述根据煤层开采宽度要求，计算需要依次降低的模拟装置的个数包括：煤层开采宽度除以单个模拟装置的宽度的计算结果为需要依次降低的模拟装置的个数。

此外，所述根据需要降低的高度依次降低模拟装置的高度包括：从多个模拟装置的中间任选一处开始降低高度，或从多个模拟装置的任意一端开始降低高度。

此外，所述方法还包括：所述根据需要降低的高度依次降低模拟装置的高度之后，对煤层开采进行分析，分析包括：模拟装置或相似材料的移动，或煤层破坏演化规律，或煤层采高、煤层采宽与地表移动变形的关系。

本发明提出一种存储介质，所述存储介质存储计算机指令，当计算机执行所述计算机指令时，用于执行上述任一项所述的煤层开采的方法。

本发明提出一种煤层开采的模拟装置，包括：

顶支撑板、底承托板、升降调节杆、2个蜗轮丝杆升降机、2根升降螺杆、控制装置、辅助固定板、螺杆固定器和摇把；

每一个升降螺杆的一端与顶支撑板连接，另一端依次穿过蜗轮丝杆升降机和底承托板并与底承托板固定连接，升降调节杆的一端与一个蜗轮丝杆升降机连接，另一端穿过另一个蜗轮丝杆升降机后与控制装置的一端连接，控制装置的另一端连接摇把，螺杆固定器和辅助固定板配合使用将模拟装置与外部的试验模型架固定。

本发明提出一种煤层开采的模拟系统，包括煤层开采的模拟装置，模拟装置包括：

顶支撑板、底承托板、升降调节杆、2个蜗轮丝杆升降机、2根升降螺杆、控制装置、辅助固定板、螺杆固定器和摇把；

每一个升降螺杆的一端与顶支撑板连接，另一端依次穿过蜗轮丝杆升降机和底承托板并与底承托板固定连接，升降调节杆的一端与一个蜗轮丝杆升降机连接，另一端穿过另一个蜗轮丝杆升降机后与控制装置的一端连接，控制装置的另一端连接摇把，螺杆固定器和辅助固定板配合使用将模拟装置与外部的试验模型架固定；

还包括：

试验模型架，试验模型架内部设置有：通透槽，模型架底座和模拟装置固定平台，模型架底座为试验模型架的底部框架，通透槽为模拟装置固定平台上的向内凹进的凹槽；

多个模拟装置依次固定在模拟装置固定平台上。

通过采用上述技术方案，具有如下有益效果：

本发明通过调节模拟装置的高度来模拟煤层的开采的方法，解决了现有技术中模拟煤层开采的方法带来的模型容易垮塌、模拟结果不可靠以及浪费模拟材料的技术问题，本实施例在实现煤矿模型试验时煤层开采厚度能够得到有效控制，避免了人为横向力对模型的损坏或垮落体带出引起试验模型的垮塌，并直观、形象地反映煤层开采后覆岩的移动变形状况，本实施例提供的方法使煤层开采的模拟结果更加准确和可靠，同时也减少了模拟材料的浪费以及人工时间的浪费。

附图说明

图1是本发明一个实施例提供的煤层开采的模拟方法的流程图；

图2是本发明一个实施例提供的煤层开采的模拟方法的流程图；

图3是本发明一个实施例提供的煤层开采的模拟装置的结构图；

图4是本发明一个实施例提供的试验模型架的结构图；

图5是图2中降低模拟装置的高度的示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施方案和附图对本发明进行进一步的详细描述。其只意在详细阐述本发明的具体实施方案，并不对本发明产生任何限制，本发明的保护范围以权利要求书为准。

参照图1、图3和图4，本发明提出一种煤层开采的模拟方法，包括：

步骤S001，将多个模拟装置固定在试验模型架A上；

步骤S002，采用模拟装置的控制装置6调整模拟装置的升降螺杆5的高度后，采用模拟装置的控制装置6固定模拟装置的升降调节杆3；

步骤S003，在模拟装置的顶部安装试验模型架侧护板并铺设相似材料，重复安装试验模型架侧护板以及铺设相似材料的动作直至铺设岩层到试验模型架A的最上端；

步骤S004，待岩层干燥后将试验模型架侧护板拆除；

步骤S005，模拟开采煤层时，根据煤层开采宽度要求，计算需要依次降低的模拟装置的个数，并根据需要降低的高度依次降低模拟装置的高度。

在空的试验模型架上先把一系列模拟装置依次放在试验模型架的模拟装置固定平台A3上，采用螺杆固定器8依次把每一个装置固定在试验模型架上。采用模拟装置的控制装置6调整模拟装置的升降螺杆5的高度后，采用模拟装置的控制装置6固定模拟装置的升降调节杆3；在模拟装置的顶部顶支撑板1的上面安装试验模型架侧护板，并在顶部顶支撑板1的上面铺设相似材料，试验模型架侧护板用于防止相似材料从侧边掉落，相似材料为模拟的煤层上部的材料，重复安装试验模型架侧护板以及铺设相似材料的动作直至铺设岩层到试验模型架A的最上端，此时铺设相似材料的工作完成。

待相似材料干燥后，即可以将试验模型架侧护板拆除，进行煤层开采的模拟试验。可选地，根据模型干燥所需时间经验数据可知，约经过一周左右，便可将试验模型架侧护板拆除；

在拆除试验模型架侧护板时，首先拆除掉模拟装置的控制装置6，然后使用升降辅助工具—摇把9将模拟装置按照采高要求降低到所需高度，例如煤层模拟开采3cm，那么模拟装置降低高度可通过摇把9旋转升降调节杆3降低3cm，可选地，具体高度可在模拟装置安装好后，在装置上做上标记，或者旋转摇把9过程中用直尺的量度调节高度。调节好高度后，需要将控制装置6安装好，以防止相似材料等的压力过大引起升降螺杆5的自行转动。

模拟开采煤层时，根据煤层开采宽度要求，计算需要依次降低的模拟装置的个数，并根据需要降低的高度依次降低模拟装置的高度。计算需要依次降低的模拟装置的个数，例如模拟开采宽度是200cm，单个模型装置是2cm，那么至少需要200个装置，用公式N(总个数)＝L(煤层模拟开采长度)/d(单个装置宽度)计算。通过调节模拟装置的高度来模拟煤层的开采。

本实施例通过调节模拟装置的高度来模拟煤层的开采的方法，解决了现有技术中模拟煤层开采的方法带来的模型容易垮塌、模拟结果不可靠以及浪费模拟材料的技术问题，本实施例在实现煤矿模型试验时煤层开采厚度能够得到有效控制，避免了人为横向力对模型的损坏或垮落体带出引起试验模型的垮塌，并直观、形象地反映煤层开采后覆岩的移动变形状况，本实施例提供的方法使煤层开采的模拟结果更加准确和可靠，同时也减少了模拟材料的浪费以及人工时间的浪费。

参照图2、图3和图4，本发明提出一种煤层开采的模拟方法，包括：

步骤S201，将多个模拟装置固定在试验模型架A上；

步骤S202，采用模拟装置的控制装置6调整模拟装置的升降螺杆5的高度后，采用模拟装置的控制装置6固定模拟装置的升降调节杆3；

步骤S203，在模拟装置的顶部安装试验模型架侧护板并铺设相似材料；

步骤S204，方法还包括：在模拟装置的顶部安装试验模型架侧护板并铺设相似材料时，在相似材料中放入传感器，用于监测相似材料和/或地表的位移或应力，传感器包括：位移传感器和/或应力传感器。在进行相似材料的铺设过程中，可以将传感器安装在相似材料中，用于实时监测相似材料的位移或应力等；

步骤S205，重复安装试验模型架侧护板以及铺设相似材料的动作直至铺设岩层到试验模型架的最上端；

步骤S206，待岩层干燥后将试验模型架侧护板拆除；

步骤S207，方法还包括：模拟开采煤层时，需要先拆除模拟装置的控制装置6，降低模拟装置的高度后，再将控制装置6安装原位，以防止模拟装置上部的相似材料的压力过大导致升降调节杆3自行转动；

步骤S208，根据煤层开采宽度要求，计算需要依次降低的模拟装置的个数包括：煤层开采宽度除以单个模拟装置的宽度的计算结果为需要依次降低的模拟装置的个数；

步骤S209，根据需要降低的高度依次降低模拟装置的高度包括：从多个模拟装置的中间任选一处开始降低高度，或从多个模拟装置的任意一端开始降低高度。为了满足开采位置的需要，可以从多个模拟装置的中间任选一处开始降低高度，或从多个模拟装置的任意一端开始降低高度。如图5所示为从一端开始降低模拟装置的高度；

步骤S210，方法还包括：所述根据需要降低的高度依次降低模拟装置的高度之后，对煤层开采进行分析，分析包括：模拟装置或相似材料的移动，或煤层破坏演化规律，或煤层采高、煤层采宽与地表移动变形的关系。

如果模拟煤层采厚3cm，模拟煤层推进200cm，那么根据单个模拟装置的宽度(假设模拟装置宽2cm)，可计算出至少需要100个装置安装在模拟开采的位置。模拟采厚时，通过摇把9旋转升降调节杆3，调整升降螺杆5的高度，从而使顶支撑板1也随着降低，当顶支撑板1与直接顶脱离时，就相当于把煤层采出来了。将100个装置依次降低来模拟煤层开采推进的长度。

本实施例使工作人员能够根据依次降低的模拟装置的个数和高度，对煤层开采进行分析，分析包括：模拟装置或相似材料的移动，或煤层破坏演化规律，或煤层采高、煤层采宽与地表移动变形的关系。

本发明还提出一种存储介质，存储介质存储计算机指令，当计算机执行计算机指令时，用于执行上述任一实施例提出的煤层开采的方法。

参照图3和图4，本发明还提出一种煤层开采的模拟装置，包括：

顶支撑板1、底承托板2、升降调节杆3、2个蜗轮丝杆升降机4、2根升降螺杆5、控制装置6、辅助固定板7、螺杆固定器8和摇把9；

每一个升降螺杆5的一端与顶支撑板1连接，另一端依次穿过蜗轮丝杆升降机4和底承托板2并与底承托板2固定连接，升降调节杆3的一端与一个蜗轮丝杆升降机4连接，另一端穿过另一个蜗轮丝杆升降机4后与控制装置6的一端连接，控制装置6的另一端连接摇把9，螺杆固定器8和辅助固定板7配合使用将模拟装置与外部的试验模型架A固定。

可选地，控制装置6为U型控制装置。

本实施例通过调节模拟装置的高度来模拟煤层的开采。

参照图3和图4，本发明还提出一种煤层开采的模拟系统，包括煤层开采的模拟装置，煤层开采的模拟装置包括：顶支撑板1、底承托板2、升降调节杆3、2个蜗轮丝杆升降机4、2根升降螺杆5、控制装置6、辅助固定板7、螺杆固定器8和摇把9；

每一个升降螺杆5的一端与顶支撑板1连接，另一端依次穿过蜗轮丝杆升降机4和底承托板2并与底承托板2固定连接，升降调节杆3的一端与一个蜗轮丝杆升降机4连接，另一端穿过另一个蜗轮丝杆升降机4后与控制装置6的一端连接，控制装置6的另一端连接摇把9，螺杆固定器8和辅助固定板7配合使用将模拟装置与外部的试验模型架A固定，模拟系统还包括：

试验模型架A，试验模型架A内部设置有：通透槽A1，模型架底座A2和模拟装置固定平台A3，模型架底座A2为试验模型架A的底部框架，通透槽A1为模拟装置固定平台A3上的向内凹进的凹槽；

多个模拟装置依次固定在模拟装置固定平台A3上。

可选地，模拟装置通过螺杆固定器8的旋转与模拟装置固定平台A3紧密接触，并固定在模拟装置固定平台A3上。在模型装置的两端均设置有一对辅助固定器8和辅助固定板7，用于固定模拟装置。

以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种煤层开采的模拟方法，其特征在于，包括：

将多个模拟装置固定在试验模型架上；

采用模拟装置的控制装置调整模拟装置的升降螺杆的高度后，采用模拟装置的控制装置固定模拟装置的升降调节杆；

在模拟装置的顶部安装试验模型架侧护板并铺设相似材料，重复安装试验模型架侧护板以及铺设相似材料的动作直至铺设岩层到试验模型架的最上端；

待岩层干燥后将试验模型架侧护板拆除；

模拟开采煤层时，根据煤层开采宽度要求，计算需要依次降低的模拟装置的个数，并根据需要降低的高度依次降低模拟装置的高度。

2.根据权利要求1所述的煤层开采的模拟方法，其特征在于，

所述方法还包括：在模拟装置的顶部安装试验模型架侧护板并铺设相似材料时，在相似材料中放入传感器，用于监测相似材料和/或地表的位移或应力，所述传感器包括：位移传感器和/或应力传感器。

3.根据权利要求1所述的煤层开采的模拟方法，其特征在于，

所述方法还包括：模拟开采煤层时，需要先拆除模拟装置的控制装置，降低模拟装置的高度后，再将控制装置安装原位，以防止模拟装置上部的相似材料的压力过大导致升降调节杆自行转动。

4.根据权利要求1所述的煤层开采的模拟方法，其特征在于，

所述根据煤层开采宽度要求，计算需要依次降低的模拟装置的个数包括：煤层开采宽度除以单个模拟装置的宽度的计算结果为需要依次降低的模拟装置的个数。

5.根据权利要求1所述的煤层开采的模拟方法，其特征在于，

所述根据需要降低的高度依次降低模拟装置的高度包括：从多个模拟装置的中间任选一处开始降低高度，或从多个模拟装置的任意一端开始降低高度。

6.根据权利要求1至5任一项所述的煤层开采的模拟方法，其特征在于，

所述方法还包括：所述根据需要降低的高度依次降低模拟装置的高度之后，对煤层开采进行分析，分析包括：模拟装置或相似材料的移动，或煤层破坏演化规律，或煤层采高、煤层采宽与地表移动变形的关系。

7.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储计算机指令，当计算机执行所述计算机指令时，用于执行权利要求1至6任一项所述的煤层开采的方法。

8.一种煤层开采的模拟装置，其特征在于，包括：

顶支撑板、底承托板、升降调节杆、2个蜗轮丝杆升降机、2根升降螺杆、控制装置、辅助固定板、螺杆固定器和摇把；

每一个升降螺杆的一端与顶支撑板连接，另一端依次穿过蜗轮丝杆升降机和底承托板并与底承托板固定连接，升降调节杆的一端与一个蜗轮丝杆升降机连接，另一端穿过另一个蜗轮丝杆升降机后与控制装置的一端连接，控制装置的另一端连接摇把，螺杆固定器和辅助固定板配合使用将模拟装置与外部的试验模型架固定。

9.一种煤层开采的模拟系统，其特征在于，包括如权利要求8所述的煤层开采的模拟装置，还包括：

试验模型架，试验模型架内部设置有：通透槽，模型架底座和模拟装置固定平台，模型架底座为试验模型架的底部框架，通透槽为模拟装置固定平台上的向内凹进的凹槽；

多个模拟装置依次固定在模拟装置固定平台上。