[发明专利]一种卸压开采相似模拟方法

说明书

发明提供一种卸压开采相似模拟方法。该方法包括选取打印线材、3D打印粗模型、模拟被保护层的变形过程和获得上、下保护层开采影响下被保护层变形规律等步骤。该方法在3D打印的基础上通过控制材料的变形从而再次缩短了实验周期、简约了人力资源，保证每次打印后仍能在大致相同的情况下进行实验，便于稳定、可靠的科学规律。同时，该方法在考察不同保护层开采方案的卸压增透效果上有明显的优势，为煤矿的开采设计提供了一种辅助支撑手段。

技术领域

本发明涉及矿山工程领域，特别涉及一种保护层开采的采动相似模拟方法。

背景技术

煤矿瓦斯治理一直是煤矿灾害治理的重点和难点。虽然我国目前在煤与瓦斯突出治理上已经有了很大的进步，但突出治理技术的研究仍然是一个坚决的任务。就现在应用比较广泛的保护层开采卸压增透技术来说，该技术是通过开采目标煤层以上或者以下的煤层，使目标煤层在地应力的作用下发生变形，这样使煤层所受应力降低的同时又能通过变形产生的裂隙增加瓦斯的渗透率，从而达到卸压增透的效果。目前来看该技术效果显著且可行性高，但在具体实施方案的确定上，往往需要大量的前期工作。特别是就多煤层开采时，确定具体的保护层位置和开采范围，成为技术的难点。如果能在设计保护层开采方案时，通过相似模拟方法得到保护层开采后的被保护范围以及卸压增透效果，那么这就给方案设计提供了重要的辅助支撑，让方案的选取过程更加的科学、合理。

因此，亟需开发一种保护层开采的采动相似模拟方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种卸压开采相似模拟方法，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种卸压开采相似模拟方法，包括以下步骤：

1)选取不同的形状记忆聚合物作为岩层、被保护层和保护层的打印线材。

2)根据待打印的岩煤层几何相似模板、岩煤层构造相似模型以及各煤岩层的基本特征进行3D打印。得到包含保护层块体和被保护层的地层相似模型。其中，煤岩层的基本特征包括容重、抗压强度和抗剪强度。

3)将保护层块体从地层模型中逐步取出以模拟保护层的开采过程，保护层开采的位置、速度和范围通过取出块体的位置、速度和个数来控制，观测开采过程中覆岩断裂、覆岩垮落、裂隙萌生和裂隙发展过程。

4)将开采后的保护层块体重新放入模型中，并通过外场激励使地层恢复初始形状，破断记忆材料愈合。

5)重复进行步骤3)和步骤4)，获得不同保护层开采情况下被保护层的变形破坏情况。

进一步，步骤5)之后，还具有根据被保护层的变形破坏情况得出保护层的卸压增透范围和效果，选取最优保护层开采方案的相关步骤。

进一步，所述保护层形状记忆聚合物的组成和质量份数如下：石英砂20份、聚乙烯10份、橡胶30份、重晶石粉10份、石膏4份、细木屑10份和石蜡4～6份。

所述被保护层形状记忆聚合物的组成和质量份数如下：石英砂20份、重晶石粉30份、膨胀变形剂10份、防锈剂6份、骨料10份和石蜡4～6份。

进一步，3D打印过程中，层与层之间的分离材料采用云母粉。。

进一步，以形状记忆聚合物从下往上重复层叠进行打印。

进一步，动态裂纹检测仪、声发射装置和应变片。

本发明的技术效果是毋庸置疑的：

A.使保护层卸压增透机理一目了然，卸压增透效果的考察也是十分容易；

B.在每次进行实验时能够保证实验条件的大致相似，减少了因季节和环境等因素导致的实验误差；