油囊式固體充填采煤三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種油囊式固體充填采煤三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及方法，該裝置包括三維模型架，三維模型架設(shè)有巖層模擬體和油囊式充填體模擬系統(tǒng)，油囊式充填體模擬系統(tǒng)由多個(gè)并排布置的油囊式充填體組成，油囊式充填體由多個(gè)單層油囊由上而下疊加而成，單層油囊的進(jìn)、出液口通過(guò)分流箱與液壓泵相連；油囊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括油囊內(nèi)外壓、油囊式充填體頂部位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該方法利用油囊式充填體的抽液卸壓來(lái)模擬煤層開(kāi)采過(guò)程，利用進(jìn)液加壓來(lái)模擬采空區(qū)充填，利用充液層數(shù)變化模擬填充材料壓實(shí)過(guò)程。本發(fā)明能模擬實(shí)際條件下工作面開(kāi)采、不同充實(shí)率條件下采空區(qū)充填以及充填物料壓實(shí)等具體過(guò)程，能精確模擬開(kāi)挖步距、充填步距，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度。
【專利說(shuō)明】
油囊式固體充填采煤三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是一種多層油囊式充填采煤三維物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置及方法，該裝置適用于在研究充填開(kāi)采“三下”壓煤時(shí)不同充實(shí)率條件下巖層移動(dòng)特征以及充填體應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，煤炭的高強(qiáng)度開(kāi)采加速了礦井資源的枯竭，煤炭產(chǎn)量供需失衡，市場(chǎng)日益萎縮，針對(duì)我國(guó)煤炭資源開(kāi)采現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，提出了煤炭資源“科學(xué)產(chǎn)能”。作為綠色開(kāi)采的主要途徑之一，充填采煤已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各個(gè)礦區(qū)，不僅解放了我國(guó)“三下”(建筑物下、鐵路下、水體下)壓煤資源，延長(zhǎng)了礦井壽命，同時(shí)還解決了煤矸石排放、堆積問(wèn)題和土地資源問(wèn)題，抑制了礦井開(kāi)采沉陷問(wèn)題，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了煤礦安全、高效、綠色、可持續(xù)開(kāi)米。
[0003]三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)茉佻F(xiàn)地下工程結(jié)構(gòu)或巖層所處的工程環(huán)境，使模擬過(guò)程和模擬結(jié)果更接近于實(shí)際，對(duì)研究充填采煤巖層移動(dòng)特征具有重要意義。傳統(tǒng)的三維立體模型實(shí)驗(yàn)裝置，在模擬煤層開(kāi)采和采空區(qū)充填的過(guò)程中，通過(guò)人工逐次開(kāi)挖一段距離的煤層模擬材料，模擬煤層的開(kāi)采過(guò)程，通過(guò)人工充入一定量的矸石或相似材料模擬采空區(qū)充填的過(guò)程，這種方式不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且不能保證每次開(kāi)挖、充填的步距相同，不能精確完成不同充實(shí)率條件下的模擬情況，實(shí)驗(yàn)精確度差、時(shí)間長(zhǎng)，步驟繁雜，耗費(fèi)大量人力資源，功能單一，模擬效果有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是針對(duì)上述充填采煤三維物理模擬技術(shù)中存在的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精確模擬開(kāi)挖步距、充填步距、采空區(qū)充填率的油囊式固體充填采煤三維物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置及方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案:一種油囊式固體充填采煤三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括三維模型架、油囊式充填體模擬系統(tǒng)、油囊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、巖層模擬體和液壓栗，三維模型架四周設(shè)有側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板內(nèi)側(cè)設(shè)有側(cè)護(hù)板加載油盒，三維模型架設(shè)有頂部蓋板，頂部蓋板內(nèi)側(cè)設(shè)有頂部蓋板加載油盒，側(cè)護(hù)板加載油盒和頂部蓋板加載油盒均通過(guò)油管與液壓栗相連，在由三維模型架、側(cè)護(hù)板和頂部蓋板構(gòu)成的密封空間內(nèi)由上至下依次設(shè)有巖層模擬體和油囊式充填體模擬系統(tǒng)，油囊式充填體模擬系統(tǒng)由多個(gè)并排布置的油囊式充填體組成，油囊式充填體由多個(gè)單層油囊由上而下疊加而成，每個(gè)單層油囊端部均設(shè)有兩個(gè)進(jìn)、出液口，進(jìn)、出液口通過(guò)分流箱與液壓栗相連;油囊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括油囊內(nèi)外壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和油囊式充填體頂部位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，油囊內(nèi)外壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括設(shè)置在油囊式充填體頂部的模擬巖層壓力傳感器和設(shè)置在油囊式充填體內(nèi)的油栗壓力傳感器，油囊式充填體頂部位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括設(shè)置在油囊式充填體頂部的位移傳感器。
[0006]優(yōu)選的，所述進(jìn)、出液口設(shè)有油囊自控液壓閥，所述分流箱設(shè)有分流油路自控液壓閥。
[0007]優(yōu)選的，所述油囊式充填體的總厚度為2?10cm、寬度為5?10cm、長(zhǎng)度為100?200cm，所述單層油囊的厚度為I?2cm。
[0008]根據(jù)上所述實(shí)驗(yàn)裝置的油囊式固體充填采煤三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)方法，包括以下步驟:
[0009]a、根據(jù)相似模擬條件及公式確定油囊式充填體長(zhǎng)度、寬度及總厚度，試驗(yàn)測(cè)定煤層開(kāi)采過(guò)程中實(shí)際充填材料在實(shí)際壓實(shí)條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線；
[0010]b、首先在三維模型架上安裝側(cè)護(hù)板及側(cè)護(hù)板加載油盒，將油囊式充填體、巖層模擬體按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的順序依次鋪設(shè)在三維模型架內(nèi)，對(duì)油囊式充填體進(jìn)液加壓，最后在三維模型架的頂部安裝頂部蓋板和頂部加載油盒，對(duì)巖層模擬體、油囊式充填體施加等效的計(jì)算載荷；
[0011]C、利用油囊式充填體抽液卸壓來(lái)模擬煤層開(kāi)采過(guò)程，開(kāi)挖煤層的長(zhǎng)度即為油囊式充填體長(zhǎng)度，采高即為油囊式充填體總厚度，開(kāi)挖步距為油囊式充填體寬度，利用油囊式充填體進(jìn)液加壓來(lái)模擬采空區(qū)充填；
[0012]d、根據(jù)油囊式充填體內(nèi)外壓、油囊式充填體頂部位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際充填材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線對(duì)油囊式充填體變形量進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)整，進(jìn)而模擬填充材料的壓實(shí)過(guò)程。
[0013]優(yōu)選的，在模擬采空區(qū)充填過(guò)程中，利用油囊式充填體的單層油囊充液層數(shù)變化模擬充填開(kāi)采的不同充實(shí)率。
[0014]優(yōu)選的，在模擬填充材料的壓實(shí)過(guò)程中，通過(guò)用油囊式充填體單層油囊的充液層數(shù)變化來(lái)調(diào)整油囊式充填體的變形量。
[0015]有益效果:
[0016](I)本發(fā)明通過(guò)多層油囊式充填體模擬系統(tǒng)，能模擬實(shí)際條件下綜采工作面開(kāi)采、不同充實(shí)率條件下采空區(qū)充填、以及充填物料壓實(shí)等具體過(guò)程，能精確模擬開(kāi)挖步距、充填步距，采空區(qū)充填率高；
[0017](2)利用油囊抽液卸壓來(lái)模擬煤層開(kāi)采過(guò)程，利用加壓進(jìn)液來(lái)模擬采空區(qū)充填過(guò)程，克服了現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)裝置無(wú)法對(duì)充填開(kāi)采準(zhǔn)確合理模擬的弊端，代替了人工開(kāi)挖煤層、物料充填采空區(qū)等實(shí)驗(yàn)繁雜步驟，精確開(kāi)挖步距，充填步距，減少實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間；
[0018](3)與現(xiàn)有技術(shù)相比，降低人工開(kāi)采勞動(dòng)強(qiáng)度，減小人為誤差，同時(shí)避免開(kāi)挖過(guò)程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵，節(jié)省材料；
[0019](3)該實(shí)驗(yàn)裝置及方法具有可靠的穩(wěn)定性、廣泛的實(shí)用性。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明油囊式固體充填采煤三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明油囊式充填體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3a是本發(fā)明油囊式固體充填采煤三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置在使用過(guò)程中，巖層模擬體和油囊式充填體的剖面示意圖。
[0023]圖3b是本發(fā)明油囊式固體充填采煤三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置在使用過(guò)程中，油囊式充填體的剖面局部放大示意圖。
[0024]圖4是本發(fā)明的煤層開(kāi)采過(guò)程中實(shí)際充填材料在實(shí)際壓實(shí)度條件下的壓縮曲線示意圖。
[0025]圖中:I一三維模型架;2—側(cè)護(hù)板;3—頂部蓋板;4一支撐架;5—側(cè)護(hù)板加載油盒；6—頂部蓋板加載油盒;7—油管;8—液壓栗;9一液壓栗自控液壓閥；10—分流箱；11一油囊式充填體模擬系統(tǒng)；12—巖層模擬體；13—油囊式充填體；14一單層油囊；15—進(jìn)、出液口 ；16—油囊自控液壓閥；17—分流油路自控液壓閥；18—油囊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；19一油囊內(nèi)外壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng);20—油囊位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
:
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0027]如圖1和2所示，本發(fā)明的一種油囊式固體充填采煤三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括三維模型架1、油囊式充填體模擬系統(tǒng)11、油囊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)18、巖層模擬體12和液壓栗8。三維模型架I四周設(shè)有側(cè)護(hù)板2，側(cè)護(hù)板2外側(cè)設(shè)有支撐架4，側(cè)護(hù)板2內(nèi)側(cè)設(shè)有側(cè)護(hù)板加載油盒5，三維模型架I設(shè)有頂部蓋板3，頂部蓋板3內(nèi)側(cè)設(shè)有頂部蓋板加載油盒6，側(cè)護(hù)板加載油盒5和頂部蓋板加載油盒6均通過(guò)油管7與液壓栗8相連。在由維模型架1、側(cè)護(hù)板5和頂部蓋板3構(gòu)成的密封空間內(nèi)由上至下依次設(shè)有巖層模擬體12和油囊式充填體模擬系統(tǒng)11。
[0028]油囊式充填體模擬系統(tǒng)11由多個(gè)并排布置的油囊式充填體13組成，所述油囊式充填體13由多個(gè)單層油囊14由上而下疊加而成，構(gòu)成多層一體結(jié)構(gòu)的油囊式充填體13。在每個(gè)單層油囊14端部均設(shè)有兩個(gè)進(jìn)、出液口 15，進(jìn)、出液口 15通過(guò)分流箱10與液壓栗8相連。所述進(jìn)、出液口 15設(shè)有油囊自控液壓閥16，所述分流箱10設(shè)有分流油路自控液壓閥17，油囊自控液壓閥16與分流油路自控液壓閥17之間、分流箱10與液壓栗8之間均通過(guò)油管7相連。通過(guò)分流箱10控制，可分別對(duì)油囊式充填體13的單個(gè)單層油囊14加壓進(jìn)液與卸壓抽液。油囊自控液壓閥16、分流油路自控液壓閥17和液壓栗8由計(jì)算機(jī)控制。
[0029]所述油囊式充填體13的總厚度為2?10cm、寬度為5?10cm、長(zhǎng)度為100?200cm，所述單層油囊14的厚度為I?2cm。
[0030]油囊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)18包括油囊內(nèi)外壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)19和油囊位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)20，油囊內(nèi)外壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)19包括設(shè)置在油囊式充填體13頂部的模擬巖層壓力傳感器和設(shè)置在油囊式充填體13內(nèi)的油栗壓力傳感器，油囊式充填體13內(nèi)外壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可在分流箱10上的儀表顯示，油囊位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)20包括設(shè)置在油囊式充填體13頂部的位移傳感器。通過(guò)油囊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)18可對(duì)油囊式充填體13自身內(nèi)外壓、油囊式充填體13頂部位移進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
[0031]根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)裝置的油囊式固體充填采煤三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0032]a、根據(jù)相似模擬條件及公式確定油囊式充填體13長(zhǎng)度、寬度及總厚度，試驗(yàn)測(cè)定煤層開(kāi)采過(guò)程中實(shí)際充填材料在實(shí)際壓實(shí)條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，如圖4所示，縱軸ε表示應(yīng)變，橫軸σ表示應(yīng)力；
[0033]b、首先在三維模型架I上安裝側(cè)護(hù)板5及側(cè)護(hù)板加載油盒6，將油囊式充填體13、巖層模擬體12按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的順序依次鋪設(shè)在三維模型架I內(nèi)，對(duì)油囊式充填體13進(jìn)液加壓，最后在三維模型架I的頂部安裝頂部蓋板3和頂部加載油盒7，對(duì)巖層模擬體12、油囊式充填體13施加等效的計(jì)算載荷；
[0034]c、利用油囊式充填體13抽液卸壓來(lái)模擬煤層開(kāi)采過(guò)程，開(kāi)挖煤層的長(zhǎng)度即為油囊式充填體13長(zhǎng)度，采高即為油囊式充填體13總厚度，開(kāi)挖步距為油囊式充填體13寬度，利用油囊式充填體13進(jìn)液加壓來(lái)模擬采空區(qū)充填，在模擬采空區(qū)充填過(guò)程中，利用油囊式充填體13的單層油囊14充液層數(shù)變化模擬充填開(kāi)采的不同充實(shí)率，如圖3a、3b所示，具體過(guò)程如下:
[0035]待鋪設(shè)的巖層模擬體12、油囊式充填體13穩(wěn)定后，拆下側(cè)護(hù)板5，對(duì)模擬煤層進(jìn)行開(kāi)挖，首先進(jìn)行油囊式充填體13編號(hào)，本實(shí)施例中鋪設(shè)有十五個(gè)油囊式充填體13，編號(hào)分別為I,……15'，以下簡(jiǎn)稱I'油囊……15'油囊，根據(jù)實(shí)際開(kāi)采情況，在預(yù)開(kāi)采煤層距離模型邊界一定距離處模擬采煤工作面開(kāi)切眼，即圖中I'油囊處開(kāi)挖，打開(kāi)I'油囊頂部第一分層單層油囊自控液壓閥16，分流箱11處分流油路自控液壓閥17上的I'開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)液壓栗站9，進(jìn)行抽液卸壓，待油囊抽液完畢后，關(guān)閉頂部第一分層單層油囊的油囊自控液壓閥16，開(kāi)啟第二分層單層油囊的油囊自控液壓閥16，進(jìn)行抽液卸壓，從上到下依次重復(fù)此操作，直至I'油囊全部分層抽液完畢，待巖層穩(wěn)定，進(jìn)行2'油囊開(kāi)挖，重復(fù)I'油囊的開(kāi)挖過(guò)程，直至2'油囊全部分層抽液完畢，待巖層穩(wěn)定，進(jìn)行3'油囊開(kāi)挖，重復(fù)I'油囊的開(kāi)挖過(guò)程，與此同時(shí)，進(jìn)行I'油囊的充液過(guò)程，打開(kāi)I'油囊底部第一分層單層油囊的油囊自控液壓閥16，分流箱11處分流油路自控液壓閥17上的I'開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)液壓栗站9，進(jìn)行進(jìn)液加壓，待油囊充液完畢后，關(guān)閉底部第一分層單層油囊的油囊自控液壓閥16，開(kāi)啟底部第二分層單層油囊的油囊自控液壓閥16，進(jìn)行進(jìn)液加壓，從下到上依次重復(fù)此操作，根據(jù)充實(shí)率確定單層油囊14充液層數(shù)，直至I'油囊層充液完畢，關(guān)閉分流箱11處分流油路自控液壓閥17上的I開(kāi)關(guān)。3'油囊開(kāi)挖與I'油囊充液過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，當(dāng)3 '油囊開(kāi)挖完畢時(shí)，I'油囊充液完全。依次重復(fù)上述操作，進(jìn)行4'油囊開(kāi)挖、2'油囊充液過(guò)程，直至15'油囊開(kāi)挖完畢時(shí)，13'油囊充液完全，煤層開(kāi)采完全，然后依次進(jìn)行14'油囊充液、15'油囊充液，采空區(qū)充填完畢；
[0036]d、采空區(qū)充填完畢后，所有油囊式充填體13同時(shí)承載上覆巖層模擬體12的壓力，此時(shí)可根據(jù)油囊式充填體13內(nèi)外壓、油囊式充填體13頂部位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際充填材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線對(duì)油囊式充填體13變形量進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)整，進(jìn)而真實(shí)地模擬充填開(kāi)采中的壓實(shí)過(guò)程。該步驟中，基于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的壓縮特性控制程序代碼，通過(guò)油囊自控液壓閥16、分流油路自控液壓閥17和液壓栗8對(duì)油囊式充填體13自動(dòng)放液，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)油囊式充填體13變形量的自動(dòng)調(diào)整。在模擬填充材料的壓實(shí)過(guò)程中，同樣的，也是通過(guò)用油囊式充填體單層油囊的充液層數(shù)變化來(lái)調(diào)整油囊式充填體的變形量。
[0037]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種油囊式固體充填采煤三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:包括三維模型架(I)、油囊式充填體模擬系統(tǒng)(U)、油囊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(18)、巖層模擬體(12)和液壓栗(8)，三維模型架(I)四周設(shè)有側(cè)護(hù)板(2)，側(cè)護(hù)板(2)內(nèi)側(cè)設(shè)有側(cè)護(hù)板加載油盒(5)，三維模型架(I)設(shè)有頂部蓋板(3)，頂部蓋板(3)內(nèi)側(cè)設(shè)有頂部蓋板加載油盒(6)，側(cè)護(hù)板加載油盒(5)和頂部蓋板加載油盒(6)均通過(guò)油管(7)與液壓栗(8)相連，在由三維模型架(1)、側(cè)護(hù)板(5)和頂部蓋板(3)構(gòu)成的密封空間內(nèi)由上至下依次設(shè)有巖層模擬體(12)和油囊式充填體模擬系統(tǒng)(11)，油囊式充填體模擬系統(tǒng)(11)由多個(gè)并排布置的油囊式充填體(13)組成，油囊式充填體(13)由多個(gè)單層油囊(14)由上而下疊加而成，每個(gè)單層油囊(14)端部均設(shè)有兩個(gè)進(jìn)、出液口( 15)，進(jìn)、出液口(I5)通過(guò)分流箱(1)與液壓栗(8)相連；油囊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(18)包括油囊內(nèi)外壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(19)和油囊位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(20)，油囊內(nèi)外壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(19)包括設(shè)置在油囊式充填體(13)頂部的模擬巖層壓力傳感器和設(shè)置在油囊式充填體(13)內(nèi)的油栗壓力傳感器，油囊位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(20)包括設(shè)置在油囊式充填體(13)頂部的位移傳感器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油囊式固體充填采煤三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述進(jìn)、出液口(15)設(shè)有油囊自控液壓閥(16)，所述分流箱(10)設(shè)有分流油路自控液壓閥(17)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種油囊式固體充填采煤三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述油囊式充填體(13)的總厚度為2?10cm、寬度為5?10cm、長(zhǎng)度為100?200cm，所述單層油囊(14)的厚度為I?2cm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述實(shí)驗(yàn)裝置的油囊式固體充填采煤三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步驟: a、根據(jù)相似模擬條件及公式確定油囊式充填體(13)長(zhǎng)度、寬度及總厚度，試驗(yàn)測(cè)定煤層開(kāi)采過(guò)程中實(shí)際充填材料在實(shí)際壓實(shí)條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線； b、首先在三維模型架(I)上安裝側(cè)護(hù)板(5)及側(cè)護(hù)板加載油盒(6)，將油囊式充填體(13)、巖層模擬體(12)按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的順序依次鋪設(shè)在三維模型架(I)內(nèi)，對(duì)油囊式充填體(13)進(jìn)液加壓，最后在三維模型架(I)的頂部安裝頂部蓋板(3)和頂部加載油盒(7)，對(duì)巖層模擬體(12)、油囊式充填體(13)施加等效的計(jì)算載荷； c、利用油囊式充填體(13)抽液卸壓來(lái)模擬煤層開(kāi)采過(guò)程，開(kāi)挖煤層的長(zhǎng)度即為油囊式充填體(13)長(zhǎng)度，采高即為油囊式充填體(13)總厚度，開(kāi)挖步距為油囊式充填體(13)寬度，利用油囊式充填體(13)進(jìn)液加壓來(lái)模擬采空區(qū)充填； d、采空區(qū)充填完畢后，根據(jù)油囊式充填體(13)內(nèi)外壓、油囊式充填體頂部位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際充填材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線對(duì)油囊式充填體(13)變形量進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)整，進(jìn)而模擬填充材料的壓實(shí)過(guò)程。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的油囊式固體充填采煤三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于:在模擬采空區(qū)充填過(guò)程中，利用油囊式充填體(13)單層油囊的充液層數(shù)變化模擬充填開(kāi)米的不同充實(shí)率。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的油囊式固體充填采煤三維物理相似模擬實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于:模擬填充材料的壓實(shí)過(guò)程中，通過(guò)用油囊式充填體(13)單層油囊的充液層數(shù)變化來(lái)調(diào)整油囊式充填體(13)的變形量。
【文檔編號(hào)】E21F15/00GK105952452SQ201610257972
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日
【發(fā)明人】黃艷利, 齊文躍, 李俊孟, 張吉雄, 宋天奇, 孔國(guó)強(qiáng), 王軍
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)