CN111982632B - 一种煤矿切顶弱化的弱化带模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿切顶弱化的弱化带模拟方法，步骤：在模型巷道顶板相应区域预留模拟人工弱化带的位置；将融化的液体石蜡注入到第一步预留的人工弱化带位置；在液体石蜡凝固之前，将电热丝插入液体石蜡中，使石蜡凝固后与电热丝固结；将石蜡中的电热丝用导线连接，通过线路控制开关和电源连接形成闭合回路；在完整的模型铺设完成后，接通电源，闭合线路控制开关，使石蜡中的电热丝发热至巷道顶板岩层中的石蜡融化流出，形成人工弱化带。本发明操作简单，易于实现，能够在实验室尺度条件下有效地模拟由人工干预形成各种弱化带，便于通过实验室物理相似模拟实验研究经人工干预后的破断运移规律。
Description
技术领域
本发明涉及岩石力学与采矿工程领域，具体涉及一种煤矿切顶弱化的弱化带模拟方法。
背景技术
煤层上方存在一层或者几层厚且坚硬的岩层，工作面回采过后，坚硬的顶板很难及时垮落，容易形成大面积的悬顶结构。我国煤层赋存条件复杂，属于坚硬顶板的煤层占1/3左右，分布在50％以上的矿区。随着综合机械化长壁采煤技术的发展，有38％的综采工作面属于来压强烈的坚硬顶板，特别是有薄层直接顶的坚硬顶板工作面分布更广。一方面由于顶板不能及时垮落使得回采巷道及煤柱的附加载荷增大，巷道的维护难度增大；另一面，当悬顶的跨度达到坚硬岩层的极限跨距时，大面积悬顶突然垮落，会引起工作面岩体的剧烈震动和冲击矿压及煤与瓦斯突出等动力灾害。为了让厚层的坚硬顶板容易及时垮落，保证工作面回采安全，CN110966002A公开了一种基于密集钻孔的切顶卸压方法，其机理是通过在顶板中按照一定的钻孔直径、钻孔间距打一系列给定角度和深度的钻孔，在开采扰动作用的影响下各个钻孔周围形成的塑性区叠加联通，在顶板中形成一个人工弱化带，使得坚硬顶板在采动作用的影响下能够沿此弱化带切落，达到人为控制坚硬顶板，降低来压强度的目的。为了研究密集钻孔形成的人工弱化带作用下煤矿坚硬顶板岩层在采动作用下的破断运移规律，需要在实验室开展物理相似模拟实验，在岩石力学或采矿工程相关的物理相似模拟实验过程中，通常使用打印纸等材料模拟岩层中的层里面或者岩层交界面，但是，针对煤矿坚硬顶板人工干预弱化处理的相似模拟实验研究过程中，尚未有比较好的人工结构弱化带模拟方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于煤矿切顶弱化的弱化带模拟方法，在煤矿切顶卸压模拟实验过程中能有效的模拟由人工干预形成各种弱化带，以便于在实验室尺度条件下，通过物理相似模拟实验研究坚硬顶板经人工干预后的破断运移规律。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种煤矿切顶弱化的弱化带模拟方法，包括以下步骤：
第一步，在物理相似模拟实验过程中根据坚硬顶板人工弱化技术方案要求，在模型巷道顶板岩层相应区域预留模拟人工弱化带的位置；
第二步，将融化的液体石蜡注入到第一步预留的人工弱化带位置；
第三步，在液体石蜡凝固之前，将电热丝插入液体石蜡中，使石蜡凝固后与电热丝固结在一起；
第四步，将石蜡中的电热丝两端分别用导线连接，通过线路控制开关和电源连接形成闭合回路；
第五步，在完整的模型铺设完成后，接通电源，闭合线路控制开关，石蜡中的电热丝通电发热，使巷道顶板岩层中的石蜡融化流出，形成人工弱化带。
优选的，采用医用注射器向预留的人工弱化带位置注入液体石蜡。
优选的，所述电热丝采用螺旋方式布置。
进一步地，实验时回收融化流出的液态石蜡，以免污染实验环境。
与现有技术相比，本发明提供的一种基于煤矿切顶弱化的弱化带相似模拟方法所需材料常见，操作简单，易于实现，能够在实验室尺度条件下有效地模拟由人工干预形成各种弱化带，便于通过实验室物理相似模拟实验研究经人工干预后的破断运移规律。
附图说明
图1为本发明实施的塑料板固定示意图；
图2为本发明实施的塑料板预留人工弱化带示意图；
图3为本发明实施的固定铁块放置示意图；
图4为本发明实施的人工弱化带预留位置形成示意图；
图5为本发明实施的电热丝布置方式示意图；
图6为本发明实施的浇筑石蜡示意图；
图7为本发明实施的电热丝固定于凝固后的石蜡中；
图8为本发明实施的完成模型铺设；
图9为本发明实施的电路连接示意图；
图10为本发明实施的人工弱化带示意图；
图中，1-底板岩层；2-煤层；3-塑料板；4-直接顶岩层；5-固定铁块；6-人工弱化带预留位置；7-电热丝；8-医用注射器；9-液态石蜡；10-凝固后的石蜡；11- 基本顶及上覆岩层；12-巷道；13-导线；14-线路控制开关；15-电源；16-人工弱化带。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明涉及的人工切顶弱化坚硬顶板的模拟实验示意图如图10所示，其中人工弱化带16的角度可以根据坚硬顶板弱化实施技术方案设计，本实施例为垂直于顶板的一种实施实例。
第一步，在相似模拟试验平台上依次铺设底板岩层1和煤层2；
第二步，在煤层2铺设完成后，通过固定塑料板3的方式预留模拟切缝位置，具体地，先把塑料板3在预切缝位置处固定，如图1所示，再在塑料板3的左右两边铺设直接顶岩层4，并按模型铺设要求铺平捣实，如图2所示；
第三步，第二步完成之后，在塑料板3的左右两边放置固定铁块5，如图3，为了成缝效果达到实验要求，防止抽出塑料板3的过程中发生坍塌，需要一人双手按压固定铁块5，另一人缓慢抽出塑料板3，最后形成如图4所示的人工弱化带预留位置6；
第四步，在第三步形成的人工弱化带预留位置6铺设电热丝7，电热丝7的铺设方式如图5所示，然后使用医用注射器8把融化的石蜡液体9注入人工弱化带预留位置6，如图6所示，冷却形成凝固后的石蜡10，如图7所示，石蜡将电热丝包裹住，两者固结为一体；
第五步，在第四步完成后，按模型设计要求铺设完基本顶及上覆岩层11，如图8所示，并且使模型在自然条件下风干10天；
第六步，待模型自然风干后，在模型中按设计要求在煤层2中开挖巷道12，并在电热丝7的两极分别连接导线13，再分别与线路控制开关14和电源15正负极依次相连形成闭合回路如图9所示；
第七步，连接好电路检查用电安全，接通电源15并闭合线路控制开关14，使电热丝7通电发热直至凝固后的石蜡10融化脱落形成人工弱化带16，如图10 所示。在液态石蜡流出部位(即巷道口处)回收液态石蜡，以免污染实验环境。
Claims (3)
1.一种煤矿切顶弱化的弱化带模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，在物理相似模拟实验过程中根据坚硬顶板弱化技术方案要求，在模型巷道顶板岩层相应区域预留模拟弱化带位置，具体如下：
1），在相似模拟试验平台上依次铺设底板岩层和煤层；
2），在煤层铺设完成后，通过固定塑料板的方式预留模拟弱化带位置，具体地，先把塑料板在预留模拟弱化带位置处固定，再在塑料板的左右两边铺设直接顶岩层， 并按模型铺设要求铺平捣实；
3），在塑料板的左右两边放置固定铁块，为了形成弱化带效果 达到实验要求，防止抽出塑料板的过程中发生坍塌，需要一人双手按压固定铁块，另一人缓慢抽出塑料板，最后形成预留模拟弱化带位置；
第二步，将融化的液体石蜡注入到第一步预留模拟弱化带位置；
第三步，在液体石蜡凝固之前，将电热丝插入液体石蜡中，电热丝采用螺旋方式布置，使石蜡凝固后与电热丝固结在一起；
第四步，将石蜡中的电热丝两端分别用导线连接，通过线路控制开关和电源连接形成闭合回路；
第五步，在完整的模型铺设完成后，接通电源，闭合线路控制开关，石蜡中的电热丝通电发热，使巷道顶板岩层中的石蜡融化流出，形成弱化带。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿切顶弱化的弱化带模拟方法，其特征在于，采用医用注射器向预留模拟弱化带位置注入液体石蜡。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿切顶弱化的弱化带模拟方法，其特征在于，实验时回收融化流出的液态石蜡。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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