CN112485126A - 一种基于立体化巷道布置的三维相似模拟试验系统和方法 - Google Patents

一种基于立体化巷道布置的三维相似模拟试验系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112485126A
CN112485126A CN202011321901.2A CN202011321901A CN112485126A CN 112485126 A CN112485126 A CN 112485126A CN 202011321901 A CN202011321901 A CN 202011321901A CN 112485126 A CN112485126 A CN 112485126A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dimensional
simulation
mining
guide rail
simulated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011321901.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112485126B (zh
Inventor
王朋飞
刘佳男
刘镇书
陈可夯
吴研
张海龙
高梦男
王天勋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyuan University of Technology
Original Assignee
Taiyuan University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyuan University of Technology filed Critical Taiyuan University of Technology
Priority to CN202011321901.2A priority Critical patent/CN112485126B/zh
Publication of CN112485126A publication Critical patent/CN112485126A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112485126B publication Critical patent/CN112485126B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G01N3/10—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by pneumatic or hydraulic pressure
    • G01N3/12—Pressure testing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0016—Tensile or compressive
    • G01N2203/0019—Compressive
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/003—Generation of the force
    • G01N2203/0042—Pneumatic or hydraulic means
    • G01N2203/0048—Hydraulic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/006—Crack, flaws, fracture or rupture
    • G01N2203/0067—Fracture or rupture
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/022—Environment of the test
    • G01N2203/0244—Tests performed "in situ" or after "in situ" use
    • G01N2203/0246—Special simulation of "in situ" conditions, scale models or dummies
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/026—Specifications of the specimen
    • G01N2203/0298—Manufacturing or preparing specimens
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/067—Parameter measured for estimating the property
    • G01N2203/0676—Force, weight, load, energy, speed or acceleration

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于立体化巷道布置的三维相似模拟试验系统和方法，属于矿山开采模拟试验领域。该试验系统包括三维相似模拟试验台、开采模拟系统和三维相似模拟试验模型；所述三维相似模拟试验台为长方体，包括试验台底座、L型钢架、钢化玻璃板、条形钢带和液压加载装置；所述开采模拟系统由多个并排的开采模拟单元组成，开采模拟单元由可弯曲导轨、滑块及透明胶带组成；所述三维相似模拟试验模型由各模拟岩层组成，在模拟岩层上等间距均匀设置有若干个应力传感器。本发明解决了立体化巷道布置方式工作面圆弧段难模拟的问题；能够实现对不同截深、不同采高工作面的模拟；为获得准确的立体化巷道布置顶板岩层运移破断规律及应力分布状态创造了条件。

Description

一种基于立体化巷道布置的三维相似模拟试验系统和方法
技术领域
本发明涉及一种基于立体化巷道布置的三维相似模拟试验系统和方法，属于矿山开采模拟试验领域。
背景技术
随着浅部易采煤炭资源的枯竭，深部大倾角等地质条件复杂的煤炭资源逐渐成为开采主流，为解决此类地质条件下矿压显现强烈、煤炭回采率低以及设备稳定性差等问题，越来越多的矿井采用立体化巷道布置，即将运输巷和回风巷分别沿煤层的底板和顶板布置，工作面一端由底板以平缓圆弧逐渐抬升至顶板，与回风巷相连。此类巷道布置方式下工作面形态呈现非对称性，导致工作面顶板岩层应力分布及破断规律在倾向和走向上均呈现非对称性。
对于立体化巷道布置的非对称性，其相似模拟试验研究目前多采用二维相似模拟试验，建立沿工作面延伸方向的二维相似模拟试验模型。由于模型不是沿工作面推进方向的，所以无法得到顶板来压步距的关键信息，并且顶板破断规律也与实际情况相差较大。
三维相似模拟试验则存在操作难度大、相似性差等问题，而且立体化巷道布置方式由于工作面存在圆弧弯曲段，常规的伸缩杆等开采模拟装置难以应用，进一步增大了立体化巷道布置方式进行三维相似模拟试验的难度。
发明内容
针对目前煤矿开采领域使用越来越多的立体化巷道布置方式，本发明对现有的大型三维相似模拟试验系统进行改进，提供一种基于立体化巷道布置的三维相似模拟试验系统，主要解决立体化巷道布置方式工作面圆弧弯曲段难以进行三维相似模拟试验的问题，实现对水平或倾斜煤层条件下此类布置方式工作面形态、开采速度以及截割深度的精准模拟，获得准确的立体化巷道布置顶板应力分布及破断规律。
本发明将可弯曲滑动导轨嵌入三维相似模拟实验模型中，来模拟立体化巷道布置中的弯曲工作面。通过转动旋钮使导轨上的滑块滑出来模拟煤炭采出过程，进而模拟出立体化巷道布置下整个工作面煤炭资源的回采过程。通过应力传感器得到整个回采过程中工作面走向和倾向方向上的顶、底板应力变化规律。
本发明提供了一种基于立体化巷道布置的三维相似模拟试验系统，包括三维相似模拟试验台、开采模拟系统和三维相似模拟试验模型；
所述三维相似模拟试验台为长方体，内尺寸为1.5 m(长)×1.5 m(宽)×1 m(高)，包括试验台底座、L型钢架、钢化玻璃板、条形钢带和顶部框架，顶部框架上均匀设有若干个液压加载装置；试验台的四个边角由L型钢架支撑，试验台前面及左侧面为钢化玻璃板，钢化玻璃板通过螺丝固定在L型钢架上，用于对试验过程的观察；试验台后面及右侧面为横向安装的多条可拆卸钢带，通过钢带两侧的螺丝固定在L型钢架上，用于约束内部的三维相似模拟试验模型；试验台底座及顶部框架与四个边角的L型钢架焊接为一体，顶部框架中间为液压加载装置，通过计算机进行控制，用于对相似模拟试验模型进行加载。
所述开采模拟系统由多个并排的开采模拟单元组成，每个开采模拟单元由可弯曲导轨、滑块及透明胶带组成；可弯曲导轨的中部有向上凸起的倒梯形卡槽，卡槽中部有能左右活动的齿条，滑块底部内凹且存在同样的锯齿，卡槽与滑块啮合；导轨一端的旋钮可带动卡槽齿条及其上滑块沿导轨左右滑动；各滑块上部通过透明胶带粘贴在一起，防止岩体碎块碎渣进入滑块缝隙影响滑块移动。
进一步地，所述的可弯曲导轨有多个铁片铰接而成，长度根据需要通过在导轨左侧铰接铁片进行调整。
进一步地，所述的滑块宽度为所模拟的采煤机截割深度，根据实际情况通过在滑块侧面粘贴附加块进行调整。
进一步地，所述的开采模拟单元总高度为所模拟的开采高度，能根据实际情况通过在滑块上面粘贴附加块进行调整。
所述三维相似模拟试验模型由各模拟岩层组成，各模拟岩层强度根据所要模拟的各实际岩层岩石力学参数经强度相似比换算得出，各模拟岩层厚度根据所要模拟的各岩层经几何相似比换算得出；在模拟岩层上等间距均匀设置有若干个应力传感器。模拟岩层的制作原料包括但不限于细砂、石灰、石膏、云母、水、水泥等，各组分按照各模拟岩层需达到的强度进行配制。
本发明还提供了一种采用上述针对立体化巷道布置的三维相似模拟试验系统的三维相似模拟试验方法，包括以下步骤：
（1）相似模拟材料的制备
对所需进行相似模拟的各岩层岩石试样进行力学参数测试，根据强度相似比计算各模拟岩层的强度，之后用石灰或水泥中的一种以及细砂、石膏为原料配制出符合各模拟岩层强度的相似模拟材料；
具体配比需根据所模拟的矿井各岩层强度具体确定，不同矿井岩层不同强度不同，不同矿井相同岩层强度亦有差异，配比需根据一系列实验确定。可参考下表。
相似模拟材料配比表
Figure 629711DEST_PATH_IMAGE002
（2）模拟岩层铺设
根据需进行相似模拟的各岩层厚度及几何相似比计算各模拟岩层厚度，并按照实际煤层倾角逐层进行铺设，并在层间安装应力传感器等监测装置，首先完成底板各岩层的铺设；
（3）安装开采模拟系统
按照实际的立体化巷道布置工作面弯曲形态，对可弯曲导轨形态进行调整，使导轨形态与所模拟的工作面形态相同；沿走向并排铺设导轨，使导轨覆盖整个采面；并使导轨右端伸出试验台，以方便操作；之后在各导轨上安装滑块，滑块铺满导轨，且滑块之间尽量不留缝隙；滑块安装完毕后，用透明胶带连接同一导轨上的所有滑块，防止岩体碎块碎渣进入滑块缝隙影响滑块移动；
（4）顶板岩层铺设
继续对各顶板岩层逐层进行铺设，并在层间安装应力传感器等监测装置；铺设完毕后，安装试验台后面及右侧面的条形钢带，有导轨伸出的部分不安装条形钢带；
（5）试验加载
待相似模拟材料干燥后，通过试验台顶部的液压加载装置对试验模型进行加载，所加载荷根据实际岩层载荷经强度相似比换算得出；
（6）煤层开挖
待加载稳定后，对模拟煤层进行开挖；首先转动第一个可弯曲导轨的旋钮，使滑块缓慢平滑地退出煤层，滑块移动速度根据实际开采速度经时间相似比换算得到；待第一个导轨上的滑块全部退出后，转动第二个导轨旋钮，重复上述操作，直至所有导轨上的所有滑块全部退出煤层即开采完毕；
（7）记录试验结果
观察并记录顶板破断情况及应力监测装置所记录的顶板应力分布变化情况。
本发明的有益效果：
（1）本发明所述的开采模拟单元采用可弯曲导轨+滑块的方式对工作面形态进行模拟，可根据实际矿井工作面弯曲程度进行调节，解决了立体化巷道布置方式工作面圆弧段难模拟的问题；
（2）本发明所述的开采模拟单元采用旋钮带动滑块的方式模拟采煤机运行状态，可实现滑块的无级运行；
（3）本发明所述的开采单元高度及宽度均可通过粘贴附加块的方式进行调节，能够实现对不同截深、不同采高工作面的模拟；
（4）本发明操作简单，准确高效，各开采参数易于调整，可用于各种矿井条件下立体化巷道布置的三维相似模拟试验，为获得准确的立体化巷道布置顶板岩层运移破断规律及应力分布状态创造了条件，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为三维相似模拟试验台立体图；
图2为倾斜煤层立体化巷道布置三维相似模拟试验模型立体图；
图3为开采模拟单元细节图；
图4为可弯曲导轨（部分）细节图。
图中：1为试验台底座，2为L型钢架，3为钢化玻璃板，4为条形钢带，5为液压加载装置，6为开采模拟单元，7为模拟岩层，8为应力传感器，9为可弯曲导轨，10为旋钮，11为齿条，12为滑块，13为透明胶带。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1：
如图1~4所示，一种基于立体化巷道布置的三维相似模拟试验系统，包括三维相似模拟试验台、开采模拟系统和三维相似模拟试验模型；
所述三维相似模拟试验台为长方体，内尺寸为1.5 m(长)×1.5 m(宽)×1 m(高)，包括试验台底座1、L型钢架2、钢化玻璃板3、条形钢带4和顶部框架，顶部框架上均匀设有若干个液压加载装置5；试验台的四个边角由L型钢架2支撑，试验台前面及左侧面为钢化玻璃板3，钢化玻璃板3通过螺丝固定在L型钢架2上，用于对试验过程的观察；试验台后面及右侧面为横向安装的多条可拆卸条形钢带4，通过钢带两侧的螺丝固定在L型钢架2上，用于约束内部的三维相似模拟试验模型；试验台底座及顶部框架与四个边角的L型钢架2焊接为一体，顶部框架中间为液压加载装置5，通过计算机进行控制，用于对相似模拟试验模型进行加载。
所述开采模拟系统由多个并排的开采模拟单元组成，每个开采模拟单元由可弯曲导轨9、滑块12及透明胶带13组成；可弯曲导轨9的中部有向上凸起的倒梯形卡槽，卡槽中部有能左右活动的齿条，滑块12底部内凹且存在同样的锯齿，卡槽与滑块啮合；导轨一端的旋钮10可带动卡槽齿条及其上滑块沿导轨左右滑动；各滑块12上部通过透明胶带13粘贴在一起，防止岩体碎块碎渣进入滑块缝隙影响滑块移动。
进一步地，所述的可弯曲导轨9有多个铁片铰接而成，长度根据需要通过在导轨左侧铰接铁片进行调整。
进一步地，所述的滑块12宽度为所模拟的采煤机截割深度，根据实际情况通过在滑块侧面粘贴附加块进行调整。
进一步地，所述的开采模拟单元总高度为所模拟的开采高度，能根据实际情况通过在滑块上面粘贴附加块进行调整。
所述三维相似模拟试验模型由各模拟岩层7组成，各模拟岩层强度根据所要模拟的各实际岩层岩石力学参数经强度相似比换算得出，各模拟岩层厚度根据所要模拟的各岩层经几何相似比换算得出；在模拟岩层上等间距均匀设置有若干个应力传感器8。模拟岩层的制作原料包括但不限于细砂、石灰、石膏、云母、水、水泥等，各组分按照各模拟岩层需达到的强度进行配制。
本发明还提供了一种采用上述针对立体化巷道布置的三维相似模拟试验系统的三维相似模拟试验方法，包括以下步骤：
（1）相似模拟材料的制备
对所需进行相似模拟的各岩层岩石试样进行力学参数测试，根据强度相似比计算各模拟岩层的强度，之后用石灰或水泥中的一种以及细砂、石膏为原料配制出符合各模拟岩层强度的相似模拟材料；
具体配比需根据所模拟的矿井各岩层强度具体确定，不同矿井岩层不同强度不同，不同矿井相同岩层强度亦有差异，配比需根据一系列实验确定。可参考下表。
相似模拟材料配比表
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（2）模拟岩层铺设
根据需进行相似模拟的各岩层厚度及几何相似比计算各模拟岩层厚度，并按照实际煤层倾角逐层进行铺设，并在层间安装应力传感器等监测装置，首先完成底板各岩层的铺设；
（3）安装开采模拟系统
按照实际的立体化巷道布置工作面弯曲形态，对可弯曲导轨形态进行调整，使导轨形态与所模拟的工作面形态相同；沿走向并排铺设导轨，使导轨覆盖整个采面；并使导轨右端伸出试验台，以方便操作；之后在各导轨上安装滑块，滑块铺满导轨，且滑块之间尽量不留缝隙；滑块安装完毕后，用透明胶带连接同一导轨上的所有滑块，防止岩体碎块碎渣进入滑块缝隙影响滑块移动；
（4）顶板岩层铺设
继续对各顶板岩层逐层进行铺设，并在层间安装应力传感器等监测装置；铺设完毕后，安装试验台后面及右侧面的条形钢带，有导轨伸出的部分不安装条形钢带；
（5）试验加载
待相似模拟材料干燥后，通过试验台顶部的液压加载装置对试验模型进行加载，所加载荷根据实际岩层载荷经强度相似比换算得出；
（6）煤层开挖
待加载稳定后，对模拟煤层进行开挖；首先转动第一个可弯曲导轨的旋钮，使滑块缓慢平滑地退出煤层，滑块移动速度根据实际开采速度经时间相似比换算得到；待第一个导轨上的滑块全部退出后，转动第二个导轨旋钮，重复上述操作，直至所有导轨上的所有滑块全部退出煤层即开采完毕；
（7）记录试验结果
观察并记录顶板破断情况及应力监测装置所记录的顶板应力分布变化情况。

Claims (9)

1.一种基于立体化巷道布置的三维相似模拟试验系统，其特征在于包括三维相似模拟试验台、开采模拟系统和三维相似模拟试验模型；
所述三维相似模拟试验台为长方体，包括试验台底座、L型钢架、钢化玻璃板、条形钢带和顶部框架，顶部框架上均匀设有若干个液压加载装置；试验台的四个边角由L型钢架支撑，试验台前面及左侧面为钢化玻璃板，钢化玻璃板通过螺丝固定在L型钢架上，用于对试验过程的观察；试验台后面及右侧面为横向安装的多条可拆卸钢带，通过钢带两侧的螺丝固定在L型钢架上，用于约束内部的三维相似模拟试验模型；试验台底座及顶部框架与四个边角的L型钢架焊接为一体，顶部框架中间为液压加载装置，通过计算机进行控制，用于对相似模拟试验模型进行加载；
所述开采模拟系统由多个并排的开采模拟单元组成，每个开采模拟单元由可弯曲导轨、滑块及透明胶带组成；所述可弯曲导轨按照实际工作面形态布置，滑块安装在导轨上，同一导轨上的所有滑块上部通过透明胶带粘贴在一起；滑块宽度即为开采模拟单元宽度，滑块与导轨的总高度为开采模拟单元高度；
所述三维相似模拟试验模型由各模拟岩层组成，各模拟岩层强度根据所要模拟的各实际岩层岩石力学参数经强度相似比换算得出，各模拟岩层厚度根据所要模拟的各岩层经几何相似比换算得出；在模拟岩层上等间距均匀设置有若干个应力传感器。
2.根据权利要求1所述的基于立体化巷道布置的三维相似模拟试验系统，其特征在于：三维相似模拟试验台的内尺寸为：长1.5 m、宽1.5 m、高1 m。
3.根据权利要求1所述的基于立体化巷道布置的三维相似模拟试验系统，其特征在于：所述开采模拟系统包括n个从前向后依次排列的开采模拟单元，其中n=试验台宽度/开采模拟单元宽度。
4.根据权利要求1所述的基于立体化巷道布置的三维相似模拟试验系统，其特征在于：可弯曲导轨的中部有向上凸起的倒梯形卡槽，卡槽中部有能左右活动的齿条，滑块底部内凹且存在同样的锯齿，卡槽与滑块啮合；导轨一端的旋钮可带动卡槽齿条及其上滑块沿导轨左右滑动；各滑块上部通过透明胶带粘贴在一起，防止岩体碎块碎渣进入滑块缝隙影响滑块移动。
5.根据权利要求1所述的基于立体化巷道布置的三维相似模拟试验系统，其特征在于：所述的可弯曲导轨有多个铁片铰接而成，长度根据需要通过在导轨左侧铰接铁片进行调整。
6.根据权利要求1所述的基于立体化巷道布置的三维相似模拟试验系统，其特征在于：所述的滑块宽度为所模拟的采煤机截割深度，根据实际情况通过在滑块侧面粘贴附加块进行调整。
7.根据权利要求1所述的基于立体化巷道布置的三维相似模拟试验系统，其特征在于：所述的开采模拟单元总高度为所模拟的开采高度，能根据实际情况通过在滑块上面粘贴附加块进行调整。
8.根据权利要求6或7所述的基于立体化巷道布置的三维相似模拟试验系统，其特征在于：滑块尺寸为50 mm × 50 mm × 50 mm，所述附加块尺寸为50 mm × 50 mm × 5 mm。
9.一种基于立体化巷道布置的三维相似模拟试验方法，采用权利要求1~8任一项所述的立体化巷道布置的三维相似模拟试验系统，其特征在于包括以下步骤：
（1）相似模拟材料的制备
对所需进行相似模拟的各岩层岩石试样进行力学参数测试，根据强度相似比计算各模拟岩层的强度，之后用石灰或水泥中的一种以及细砂、石膏为原料配制出符合各模拟岩层强度的相似模拟材料；
（2）模拟岩层铺设
根据需进行相似模拟的各岩层厚度及几何相似比计算各模拟岩层厚度，并按照实际煤层倾角逐层进行铺设，并在层间安装应力传感器等监测装置，首先完成底板各岩层的铺设；
（3）安装开采模拟系统
按照实际的立体化巷道布置工作面弯曲形态，对可弯曲导轨形态进行调整，使导轨形态与所模拟的工作面形态相同；沿走向并排铺设导轨，使导轨覆盖整个采面；并使导轨右端伸出试验台，以方便操作；之后在各导轨上安装滑块，滑块铺满导轨，且滑块之间尽量不留缝隙；滑块安装完毕后，用透明胶带连接同一导轨上的所有滑块，防止岩体碎块碎渣进入滑块缝隙影响滑块移动；
（4）顶板岩层铺设
继续对各顶板岩层逐层进行铺设，并在层间安装应力传感器等监测装置；铺设完毕后，安装试验台后面及右侧面的条形钢带，有导轨伸出的部分不安装条形钢带；
（5）试验加载
待相似模拟材料干燥后，通过试验台顶部的液压加载装置对试验模型进行加载，所加载荷根据实际岩层载荷经强度相似比换算得出；
（6）煤层开挖
待加载稳定后，对模拟煤层进行开挖；首先转动第一个可弯曲导轨的旋钮，使滑块缓慢平滑地退出煤层，滑块移动速度根据实际开采速度经时间相似比换算得到；待第一个导轨上的滑块全部退出后，转动第二个导轨旋钮，重复上述操作，直至所有导轨上的所有滑块全部退出煤层即开采完毕；
（7）记录试验结果
观察并记录顶板破断情况及应力监测装置所记录的顶板应力分布变化情况。
CN202011321901.2A 2020-11-23 2020-11-23 一种基于立体化巷道布置的三维相似模拟试验系统和方法 Active CN112485126B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011321901.2A CN112485126B (zh) 2020-11-23 2020-11-23 一种基于立体化巷道布置的三维相似模拟试验系统和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011321901.2A CN112485126B (zh) 2020-11-23 2020-11-23 一种基于立体化巷道布置的三维相似模拟试验系统和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112485126A true CN112485126A (zh) 2021-03-12
CN112485126B CN112485126B (zh) 2022-05-17

Family

ID=74933487

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011321901.2A Active CN112485126B (zh) 2020-11-23 2020-11-23 一种基于立体化巷道布置的三维相似模拟试验系统和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112485126B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113218616A (zh) * 2021-06-07 2021-08-06 太原理工大学 一种用于模拟煤矿采空区注浆隔断漏风的物理实验平台
CN113866385A (zh) * 2021-09-17 2021-12-31 太原理工大学 一种残煤复采三维相似模拟实验装置及方法
CN114217050A (zh) * 2021-12-10 2022-03-22 国家能源投资集团有限责任公司 一种煤层相似开采模拟装置及煤层相似开采模拟实验方法
CN114646748A (zh) * 2022-03-16 2022-06-21 山东科技大学 一种煤矿采场溃沙相似模拟试验装置及试验方法
CN115273634A (zh) * 2022-07-28 2022-11-01 山东科技大学 一种天然地震对矿井工作面稳定性的模拟装置及方法

Citations (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB717593A (en) * 1951-11-22 1954-10-27 Campbell Ritchie Method and apparatus for the winning and conveying of coal and other minerals at a curved face
CN101737056A (zh) * 2009-12-01 2010-06-16 中国矿业大学(北京) 深部采场自动成巷物理模拟实验方法及装置
CN104020028A (zh) * 2014-06-06 2014-09-03 湖南科技大学 动静力学相似模拟试验预制裂隙组合试模
CN204202500U (zh) * 2014-11-05 2015-03-11 安徽理工大学 一种爆破相似模拟试验预留孔装置
CN104931674A (zh) * 2015-05-22 2015-09-23 山东科技大学 急倾斜特厚煤层综放开采三维相似材料模拟试验台
CN105034139A (zh) * 2015-08-06 2015-11-11 山东科技大学 基于3d打印快速成型技术的相似模拟实验系统及实验方法
CN105043852A (zh) * 2015-07-30 2015-11-11 安徽理工大学 一种适于矿井巷道相似模拟试验的函数加载装置
CN204791743U (zh) * 2015-07-10 2015-11-18 贵州理工学院 一种近距煤层保水采煤三维相似模拟试验系统
CN105388306A (zh) * 2015-10-22 2016-03-09 中国矿业大学(北京) 一种可模拟倾斜岩层的全自动相似模拟试验装置及方法
CN205120386U (zh) * 2015-09-21 2016-03-30 中国神华能源股份有限公司 一种用于模拟煤层开采的模拟系统
CN205920113U (zh) * 2016-07-27 2017-02-01 中国矿业大学 基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验装置
CN106644541A (zh) * 2016-11-15 2017-05-10 重庆大学 三向加载三维相似模拟试验开挖系统用开挖装置
CN107703278A (zh) * 2017-09-25 2018-02-16 贵州大学 一种煤岩层倾角与加载位置可调节加载相似模拟试验平台
CN108226447A (zh) * 2018-01-31 2018-06-29 山东科技大学 煤炭地下开采地表移动三维模拟试验装置及试验方法
CN108896732A (zh) * 2018-05-17 2018-11-27 中国矿业大学(北京) 一种三维相似模拟试验中采煤高仿真模拟系统
CN109406290A (zh) * 2018-10-12 2019-03-01 河南理工大学 一种伺服加载柔性传力立体相似模拟试验方法
CN109752493A (zh) * 2019-03-08 2019-05-14 安徽理工大学 矿压相似模拟实验预制巷道的方法及实验架
CN109752259A (zh) * 2019-01-25 2019-05-14 山东科技大学 模拟深部高温高湿环境的巷道围岩稳定性试验装置及方法
CN109855974A (zh) * 2019-02-27 2019-06-07 重庆大学 基于相似模拟试验系统的覆岩应力与变形特性试验方法
CN110082227A (zh) * 2019-04-22 2019-08-02 太原理工大学 模拟动载荷刀柱式残采区煤柱群稳定的试验仪及其方法
CN110514806A (zh) * 2019-07-30 2019-11-29 太原理工大学 一种相似模拟试验装置及方法
CN210347640U (zh) * 2019-05-31 2020-04-17 龙岩学院 一种真三轴立体相似模拟实验装置
CN111220788A (zh) * 2020-01-21 2020-06-02 山东科技大学 工作面巷旁切顶留巷相似材料模拟试验系统及使用方法
CN111895977A (zh) * 2020-09-21 2020-11-06 安徽理工大学 近水平煤层-覆岩-地表的采动-运动-移动真三维相似材料模拟立体化数据采集方法

Patent Citations (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB717593A (en) * 1951-11-22 1954-10-27 Campbell Ritchie Method and apparatus for the winning and conveying of coal and other minerals at a curved face
CN101737056A (zh) * 2009-12-01 2010-06-16 中国矿业大学(北京) 深部采场自动成巷物理模拟实验方法及装置
CN104020028A (zh) * 2014-06-06 2014-09-03 湖南科技大学 动静力学相似模拟试验预制裂隙组合试模
CN204202500U (zh) * 2014-11-05 2015-03-11 安徽理工大学 一种爆破相似模拟试验预留孔装置
CN104931674A (zh) * 2015-05-22 2015-09-23 山东科技大学 急倾斜特厚煤层综放开采三维相似材料模拟试验台
CN204791743U (zh) * 2015-07-10 2015-11-18 贵州理工学院 一种近距煤层保水采煤三维相似模拟试验系统
CN105043852A (zh) * 2015-07-30 2015-11-11 安徽理工大学 一种适于矿井巷道相似模拟试验的函数加载装置
CN105034139A (zh) * 2015-08-06 2015-11-11 山东科技大学 基于3d打印快速成型技术的相似模拟实验系统及实验方法
CN205120386U (zh) * 2015-09-21 2016-03-30 中国神华能源股份有限公司 一种用于模拟煤层开采的模拟系统
CN105388306A (zh) * 2015-10-22 2016-03-09 中国矿业大学(北京) 一种可模拟倾斜岩层的全自动相似模拟试验装置及方法
CN205920113U (zh) * 2016-07-27 2017-02-01 中国矿业大学 基于3d打印的三维矿山相似材料模拟试验装置
CN106644541A (zh) * 2016-11-15 2017-05-10 重庆大学 三向加载三维相似模拟试验开挖系统用开挖装置
CN107703278A (zh) * 2017-09-25 2018-02-16 贵州大学 一种煤岩层倾角与加载位置可调节加载相似模拟试验平台
CN108226447A (zh) * 2018-01-31 2018-06-29 山东科技大学 煤炭地下开采地表移动三维模拟试验装置及试验方法
CN108896732A (zh) * 2018-05-17 2018-11-27 中国矿业大学(北京) 一种三维相似模拟试验中采煤高仿真模拟系统
CN109406290A (zh) * 2018-10-12 2019-03-01 河南理工大学 一种伺服加载柔性传力立体相似模拟试验方法
CN109752259A (zh) * 2019-01-25 2019-05-14 山东科技大学 模拟深部高温高湿环境的巷道围岩稳定性试验装置及方法
CN109855974A (zh) * 2019-02-27 2019-06-07 重庆大学 基于相似模拟试验系统的覆岩应力与变形特性试验方法
CN109752493A (zh) * 2019-03-08 2019-05-14 安徽理工大学 矿压相似模拟实验预制巷道的方法及实验架
CN110082227A (zh) * 2019-04-22 2019-08-02 太原理工大学 模拟动载荷刀柱式残采区煤柱群稳定的试验仪及其方法
CN210347640U (zh) * 2019-05-31 2020-04-17 龙岩学院 一种真三轴立体相似模拟实验装置
CN110514806A (zh) * 2019-07-30 2019-11-29 太原理工大学 一种相似模拟试验装置及方法
CN111220788A (zh) * 2020-01-21 2020-06-02 山东科技大学 工作面巷旁切顶留巷相似材料模拟试验系统及使用方法
CN111895977A (zh) * 2020-09-21 2020-11-06 安徽理工大学 近水平煤层-覆岩-地表的采动-运动-移动真三维相似材料模拟立体化数据采集方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHU WEISHEN: "Quasi-three-dimensional physical model tests on a cavern complex under high in-situ stresses", 《INTERNATIONAL JOURNALOFROCKMECHANICS&MININGSCIENCES》 *
刘伟等: "岩体移动的相似模拟研究", 《河南理工大学学报(自然科学版)》 *
李铁才: "《相似性和相似原理》", 30 June 2019, 哈尔滨工业大学出版社 *
王朋飞: "长壁工作面巷顶沿空掘巷围岩应力分析", 《岩土力学》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113218616A (zh) * 2021-06-07 2021-08-06 太原理工大学 一种用于模拟煤矿采空区注浆隔断漏风的物理实验平台
CN113866385A (zh) * 2021-09-17 2021-12-31 太原理工大学 一种残煤复采三维相似模拟实验装置及方法
CN113866385B (zh) * 2021-09-17 2024-04-02 太原理工大学 一种残煤复采三维相似模拟实验装置及方法
CN114217050A (zh) * 2021-12-10 2022-03-22 国家能源投资集团有限责任公司 一种煤层相似开采模拟装置及煤层相似开采模拟实验方法
CN114217050B (zh) * 2021-12-10 2024-02-09 国家能源投资集团有限责任公司 一种煤层相似开采模拟装置及煤层相似开采模拟实验方法
CN114646748A (zh) * 2022-03-16 2022-06-21 山东科技大学 一种煤矿采场溃沙相似模拟试验装置及试验方法
CN114646748B (zh) * 2022-03-16 2023-10-10 山东科技大学 一种煤矿采场溃沙相似模拟试验装置及试验方法
CN115273634A (zh) * 2022-07-28 2022-11-01 山东科技大学 一种天然地震对矿井工作面稳定性的模拟装置及方法
CN115273634B (zh) * 2022-07-28 2023-12-29 山东科技大学 一种天然地震对矿井工作面稳定性的模拟装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112485126B (zh) 2022-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112485126B (zh) 一种基于立体化巷道布置的三维相似模拟试验系统和方法
CN105223337B (zh) 采空区裂隙圈形态的三维模拟方法
CN103902780B (zh) 固体充填采煤地表变形预计方法
Zheng et al. Advance speed-based parametric study of greenfield deformation induced by EPBM tunneling in soft ground
CN101215969A (zh) 大直径盾构近距离下穿小直径地铁隧道的变形控制方法
CN203658352U (zh) 煤层采动诱发顶板涌水溃砂灾害模拟试验系统
CN103630668B (zh) 一种大倾角煤层相似模拟实验装置及其实验方法
CN105092816A (zh) 一种三维多煤层开采相似材料模型实验系统
AU2013354613A1 (en) Method of local filling to control surface subsidence in worked-out area
CN106326528A (zh) 一种露天矿端帮地下开采诱发地表裂缝分布规律预测方法
CN113433132A (zh) 一种模拟覆岩离层注浆充填的装置及方法
Ren et al. The overburden strata caving characteristics and height determination of water conducting fracture zone in fully mechanized caving mining of extra thick coal seam
CN210347640U (zh) 一种真三轴立体相似模拟实验装置
CN204287174U (zh) 一种煤层相似模拟实验装置
CN115273634A (zh) 一种天然地震对矿井工作面稳定性的模拟装置及方法
CN202595730U (zh) 一种链刀式搅拌桩成墙设备
CN107091721A (zh) 一种掘支锚联合机组实验装置及方法
CN104764617B (zh) 褶曲构造的形成模拟装置及试验方法
CN217033650U (zh) 一种模拟覆岩离层注浆充填的装置
CN111058849A (zh) 煤炭智能开采地质力学模拟试验方法
CN116502390A (zh) 一种基于flac3d计算矿区应力分布和位移变化的方法
CN203606358U (zh) 一种大倾角煤层相似模拟实验装置
CN206891680U (zh) 一种掘支锚联合机组实验装置
CN204594709U (zh) 褶曲构造的形成模拟装置
Zhuo et al. Experimental study on the determination method of pressure relief gas transportation and storage channel under multiple factors

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant