[发明专利]煤炭智能开采地质力学模拟试验方法

说明书

本发明公开了一种煤炭智能开采地质力学模拟试验方法，其步骤包括：1)进行相似材料配比试验，寻找合适的配比来模拟岩层和煤层；2)对煤层的底板分层铺设已搅拌均匀的底板岩层相似材料，并夯实和养护；3)煤层底板上部铺设下隔板；4)在下隔板上方布置滑动装置；5)在滑动装置上方铺设上隔板；6)对非开采的煤层铺设煤层相似材料，并夯实和养护；7)对煤层的顶板分层铺设已搅拌均匀的顶板岩层相似材料，埋设检测元件，并夯实和养护；8)对模型架进行模拟的地应力加载；9)动力部分将滑动装置拉动至平台，以滑动装置沿工作面向前移动来模拟煤层开采。本方法更加简单，容易实现，且成本较低，实现了开采系统与运煤系统一体化。

技术领域

本发明总体来说涉及一种煤层开采模拟方法，具体而言，涉及一种采矿工程领域的煤炭智能开采地质力学模拟试验方法。

背景技术

三维地质力学模型试验是采矿领域科学研究的一种重要研究手段，现场实际工况下条件复杂，凭借理论公式推导不可能得到如此复杂边界条件下的理论解，数值模拟技术往往因为参数选取的问题或软件缺陷不能得到满意的结果，现场试验是最真实可信的，但现场试验过程繁琐，对人力物力财力都提出了很高的要求。三维地质力学模型试验有利于在复杂的试验过程中突出主要矛盾，便于把握、发现现象的内在联系，作为一种研究手段，可以严格控制试验对象的主要参数而不受外界条件和自然条件的限制，得到的结果具有重要参考价值，且有时可用来对原型所得结论进行校验。目前，相似理论和三维地质力学模型试验方法已经广泛应用于采矿工程领域。

传统的地质力学模型试验煤层开采模拟是通过在模型架内填入煤层和岩层的相似材料，压实并晾干相似材料后，通过人工或机械逐次开挖煤层相似材料，从而模拟煤层开采过程。中国专利(申请号200810128331.8)利用气囊模拟煤层，通过气囊放气来模拟煤层开挖过程，然而气囊本身为柔性装置，承压时受力容易发生压力振荡，会影响应力监测的可靠性；中国专利(申请号201510049794.5)通过电熔蜡装置模拟煤层开挖，然而融蜡时间较长，过程比较繁琐；中国专利(申请号201510882637.2)通过行走齿轮控制螺旋钻杆旋转开挖煤层，系统可靠性强，该系统尤其适用于平面应力相似模拟实验，对于工作面位于三维模型架内部的情况，该系统不再适用；中国专利(申请号201711217353.7)通过带有螺旋叶片的钻杆实现模拟煤层的开挖和装煤过程，该方法同样适用于平面应力相似模拟实验，对于工作面位于三维模型架内部的情况，该系统不再适用；中国专利(申请号200710118254.3)的采煤装置可在模型体底部移动，模拟采煤机割煤过程，这种模型不包括煤层底板，与实际差别较大，并不能完全反映实际情况；中国专利(申请号201611018784.6)通过旋转切割刀盘在工作面往复移动，可实现三维地质力学模型煤层模拟开挖，但该方案结构复杂，系统可靠性较差；中国专利(申请号201210476594.4)的采煤装置为带有截齿的转杆，转杆沿工作面全长布置，转杆两端设有传动装置和支撑装置，可实现三维地质力学模型煤层模拟开挖，但该方案中的截齿在模拟开挖的过程中容易被相似材料堵塞，丧失开挖作用，系统可靠性较差。

综上所述，现有的三维地质力学模型试验煤层开采模拟装置具有可靠性差，使用过程繁琐，装置结构复杂等缺点，因此亟待发明一种可靠性高，使用简便，装置结构简单的开挖装置来实现煤层开采的模拟。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明旨在提供一种煤炭智能开采地质力学模拟试验方法，其依赖的装置结构简单，本方法简易，可靠性好。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明通过对模型架分层铺设相似材料来模拟不同种岩层和和非开采煤层，而需要开采的煤层通过滑动部分代替，随后通过移动滑动装置来模拟煤层的开采：

第一步，基于原岩性质、力学参数和相似准则，进行相似材料配比试验，寻找合适的配比来模拟岩层和煤层；