CN111312052A - 一种模拟采矿岩层运动的实验平台及实验方法 - Google Patents

一种模拟采矿岩层运动的实验平台及实验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种模拟采矿岩层运动的实验平台，包括实验屋、实验箱和温控机构，实验箱设置于实验屋内，实验箱的一侧面可拆卸设置于实验箱上，温控机构分别设置于实验屋和实验箱上。温控机构包加热丝、暖风机、制冷系统、温度感应器和温控器，实验屋内设置有暖风机，实验箱内设置有加热丝，制冷系统分别设置于实验箱和实验屋上，实验箱和实验屋内分别设置一温度感应器，温度感应器、加热丝、暖风机和制冷系统均与温控器电连接。本发明的模拟采矿岩层运动的实验平台，可以模拟西部高寒地区和深埋高温地区环境下的采矿岩层运动，对复杂困难条件下的煤炭开采，提供非常温条件下的实验室研究平台。

Description

一种模拟采矿岩层运动的实验平台及实验方法
技术领域
本发明涉及实验设备的技术领域，特别是涉及一种模拟采矿岩层运动的实验平台及实验方法。
背景技术
在煤矿资源开采中，西部高寒地区由于温度低，煤岩的力学特性等都与常温下有显著的区别，传统的矿山压力规律及岩层控制方法不再适用，造成了西部高寒地区能源事业进展缓慢。同时随着浅部煤炭资源的消耗殆尽，煤炭开采逐渐向深部进军，且以每年8-12m的速度延伸，深度每下降100m，温度上升3℃，深部矿井的高地热使得煤岩的力学特性、破坏规律发生了明显的变化，导致深部矿井煤炭开采的困难。
高温或低温都会导致煤岩力学特性、破坏规律的变化，同时目前又缺少能够模拟在高温及低温环境下的采矿岩层运动实验平台，现有的模拟采矿岩层运动的实验平台，只能模拟一般情况(及常温下)的采矿岩层运动，对于西部高寒地区的低温及深埋矿井的高温都无法有效的模拟，导致低温及高温下的采矿岩层运动规律不清楚，影响了煤矿在高寒地区及深埋地区的安全高效生产。因此，亟需设计出一种模拟高寒地区及深埋高地温地区采矿岩层运动的实验平台。
发明内容
本发明的目的是提供一种模拟采矿岩层运动的实验平台及实验方法，以解决上述现有技术存在的问题，为模拟西部高寒或深埋高温地区的采矿岩层运动提供了实验室研究平台。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种模拟采矿岩层运动的实验平台，包括实验屋、实验箱和温控机构，所述实验箱设置于所述实验屋内，所述实验箱的一侧面可拆卸设置于所述实验箱上，所述温控机构分别设置于所述实验屋和所述实验箱上。
优选的，所述温控机构包加热丝、暖风机、制冷系统、温度感应器和温控器，所述实验屋内设置有所述暖风机，所述实验箱内设置有所述加热丝，所述制冷系统分别设置于所述实验箱和所述实验屋上，所述实验箱和所述实验屋内分别设置一所述温度感应器，所述温度感应器、所述加热丝、所述暖风机和所述制冷系统均与所述温控器电连接。
优选的，所述实验箱的三个侧面为导热系数大的金属材质，另一个可拆卸的侧面为亚克力板。
优选的，所述亚克力板包括六个拼接的板条，每个所述板条宽度相等且均通过螺栓与相邻的两侧面连接。
本发明还涉及一种模拟采矿岩层运动的实验方法，基于上述任意一项所述的模拟采矿岩层运动的实验平台，优选的，包括如下步骤：
步骤一，在实验箱中按照矿井条件及相似比铺设待模拟材料，并将所述实验箱的亚克力板侧面固定好，静置，待实验模拟材料风干成型；
步骤二，根据矿井实际条件，利用温控器控制所述实验箱上的温控机构，使所述实验箱内的所述待实验模拟材料的温度与矿井的实际温度保持相同；
步骤三，根据所述待实验模拟材料的工作面采高拆下对应所述亚克力板的板条，并进行矿井的模拟开挖，同时观察上覆岩层的运动情况及顶板破断规律。
优选的，所述步骤一中的静置时间至少为72h。
优选的，所述步骤二中，同时利用温控器控制所述实验屋上的温控机构，使所述实验屋与所述实验箱内的温度保持相同。
优选的，改变所述实验屋与所述实验箱内的温度和工作面采高，重复步骤一至步骤三的操作，进行其他条件矿井的相似模拟实验。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的模拟采矿岩层运动的实验平台，可以模拟西部高寒地区和深埋高温地区环境下的采矿岩层运动，对复杂困难条件下的煤炭开采，提供非常温条件下的实验室研究平台。
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，下面描述中的附图仅仅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为本发明模拟采矿岩层运动的实验平台的结构示意图；
图2为本发明模拟采矿岩层运动的实验平台制冷系统的原理示意图；
其中：1-实验屋，2-实验箱，3-温控器，4-暖风机，5-亚克力板，6-板条，7-压缩机，8-四通换向阀，9-蒸发器，10-毛细管，11-冷凝器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种模拟采矿岩层运动的实验平台及实验方法，以解决现有技术存在的问题，使为模拟西部高寒或深埋高温地区的采矿岩层运动提供了实验室研究平台。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图2所示：本实施例提供了一种模拟采矿岩层运动的实验平台，包括实验屋1、实验箱2和温控机构，实验箱2设置于实验屋1内，实验箱2的一侧面可拆卸设置于实验箱2上，温控机构分别设置于实验屋1和实验箱2上。温控机构包加热丝、暖风机4、制冷系统、温度感应器和温控器3，实验屋内设置有暖风机4，实验箱内设置有加热丝，制冷系统分别设置于实验箱和实验屋上，实验箱2和实验屋1内分别设置一温度感应器，温度感应器、加热丝、暖风机4和制冷系统均与温控器3电连接。
实验箱2为敞口设置，其中三个侧面为导热系数大的金属材质，本实施例中为铜板或钢板，并设置有加热丝。另一个可拆卸的侧面(右挡板)为亚克力板5。亚克力板5(右挡板)包括六个拼接的板条6，每个板条6宽度相等且均通过螺栓与相邻的两侧面连接。
基于上述的模拟采矿岩层运动的实验平台，一种模拟采矿岩层运动的实验方法，包括如下步骤：
步骤一，在实验箱2中按照矿井条件及相似比铺设待模拟材料，并将实验箱2的亚克力板5侧面拼接固定好，静置，待实验模拟材料风干成型；其中，静置时间至少为72h。
步骤二，根据矿井实际条件，利用温控器3控制实验箱2上的温控机构，使实验箱2内的待实验模拟材料的温度与矿井的实际温度保持相同；同时利用温控器3控制实验屋1上的温控机构，使实验屋1与实验箱2内的温度保持相同。实验屋1和实验箱2内的温度保持一致，可以防止实验箱2内温度的损耗，保障实验模拟数据的准确性。
本实施例的实验箱2底部与三个侧面(除亚克力板5外)上铺有电热丝，高温实验时，利用温控器3控制电热丝加热，使实验箱2内的实验模拟材料达到实验所需温度；同时实验屋内使用工业用的暖风机进行加热，使实验屋内温度与实验台中模拟材料温度保持相同。暖风机的型号可为NF120间接燃油暖风机。高寒实验时，使用制冷系统，分别给实验箱2内模拟材料和实验屋1降温，使之达到实验所需温度，用制冷系统给实验箱2侧面的金属板和实验屋内同时降温，达到实验所需温度，使实验箱2内的实验模拟材料均匀的达到实验所需低温。温控器3能够根据温度感应器的实时温度监测进行恒温调控。制冷系统为本领域现有的制冷系统，包括压缩机7、电磁的四通换向阀8、冷凝器11、毛细管10和蒸发器9，具体原理图如附图2所示。
步骤三，根据待实验模拟材料的工作面采高拆下对应亚克力板5的板条6，并进行矿井的模拟开挖，同时观察上覆岩层的运动情况及顶板破断规律。
改变实验屋1与实验箱2内的温度和工作面采高，重复步骤一至步骤三的操作，进行其他条件矿井的相似模拟实验。本实施例可以模拟高温及低温环境下的采矿岩层运动，对复杂困难条件下的煤炭开采提供实验室研究平台。
本说明书应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种模拟采矿岩层运动的实验平台，其特征在于：包括实验屋、实验箱和温控机构，所述实验箱设置于所述实验屋内，所述实验箱的一侧面可拆卸设置于所述实验箱上，所述温控机构分别设置于所述实验屋和所述实验箱上。
2.根据权利要求1所述的模拟采矿岩层运动的实验平台，其特征在于：所述温控机构包加热丝、暖风机、制冷系统、温度感应器和温控器，所述实验屋内设置有所述暖风机，所述实验箱内设置有所述加热丝，所述制冷系统分别设置于所述实验箱和所述实验屋上，所述实验箱和所述实验屋内分别设置一所述温度感应器，所述温度感应器、所述加热丝、所述暖风机和所述制冷系统均与所述温控器电连接。
3.根据权利要求1所述的模拟采矿岩层运动的实验平台，其特征在于：所述实验箱的三个侧面为导热系数大的金属材质，另一个可拆卸的侧面为亚克力板。
4.根据权利要求3所述的模拟采矿岩层运动的实验平台，其特征在于：所述亚克力板包括六个拼接的板条，每个所述板条宽度相等且均通过螺栓与相邻的两侧面连接。
5.一种模拟采矿岩层运动的实验方法，基于权利要求1-4中任意一项所述的模拟采矿岩层运动的实验平台，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，在实验箱中按照矿井条件及相似比铺设待模拟材料，并将所述实验箱的亚克力板侧面固定好，静置，待实验模拟材料风干成型；
步骤二，根据矿井实际条件，利用温控器控制所述实验箱上的温控机构，使所述实验箱内的所述待实验模拟材料的温度与矿井的实际温度保持相同；
步骤三，根据所述待实验模拟材料的工作面采高拆下对应所述亚克力板的板条，并进行矿井的模拟开挖，同时观察上覆岩层的运动情况及顶板破断规律。
6.根据权利要求5所述的模拟采矿岩层运动的实验方法，其特征在于：所述步骤一中的静置时间至少为72h。
7.根据权利要求5所述的模拟采矿岩层运动的实验方法，其特征在于：所述步骤二中，同时利用温控器控制所述实验屋上的温控机构，使所述实验屋与所述实验箱内的温度保持相同。
8.根据权利要求5所述的模拟采矿岩层运动的实验方法，其特征在于：改变所述实验屋与所述实验箱内的温度和工作面采高，重复步骤一至步骤三的操作，进行其他条件矿井的相似模拟实验。
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CN113670969A (zh) * 2021-09-09 2021-11-19 中国矿业大学(北京) 一种冻融循环模拟装置

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