[发明专利]一种采空区垮落岩石粒径演化运移规律模拟方法及装置

摘要

本发明提供一种采空区垮落岩石粒径演化运移规律模拟方法，其包括以下步骤：首先通过现场监测获取采空区垮落岩石的粒径级配，通过缩尺理论获取室内试验破碎岩石的粒径级配；然后进行第一次独立压缩试验，通过理论计算得到采空区应力最大值，然后通过筛分粒径得到垮落岩石的粒径变化规律；再进行第二次整体压缩试验，第二次整体压缩试验结束后，通过筛分粒径，获取每一部分压缩前后垮落岩石粒径变化及垮落岩石运移规律；本发明还提供一种使用采空区垮落岩石粒径演化运移规律模拟方法的装置，其设有试验主体装置和伺服装置。本发明试验方案合理、可行性高，试验模拟结果可以为采空区注浆治理、地表下沉预计控制提供理论依据。

主权项

1.一种采空区垮落岩石粒径演化运移规律模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)通过现场监测获取采空区垮落岩石的粒径级配通过在工作面上顺槽、下顺槽与工作面相交的两端部端头支架后方布置激光测距装置、录像设备及照明设备，用来观测采空区不同部位的破碎岩体块度，反演计算、统计获取垮落岩石的粒径级配及空间分布规律；(2)通过缩尺理论获取室内试验破碎岩石的粒径级配通过步骤(1)得到的现场监测数据，获取现场垮落岩石的统计级配及空间分布规律；(3)第一次独立压缩试验通过步骤(2)得到室内试验破碎岩石的粒径级配及空间分布规律，以竖直剖面上粒径分布规律分为上中下三层，依次进行上中下三层垮落岩石的压缩变形试验；为模拟采空区垮落岩石的压缩变形过程，根据关键层理论可知采空区上覆岩层成组破断，所以采空区应力变化趋势为分级梯度增加；根据关键层理论计算岩层每次破断增加的重量，即每一梯度应力的变化量；根据应力拱理论可知采空区应力最大值为采空区导水裂隙带发育高度内的岩层的重量，每一梯度作用时间为监测获得的每两次顶板来压的时间间隔；如果开采煤层高度为R18，则上覆岩层每一岩层的高度从下往上依次为R17‑R1，每一岩层的容重从下往上依次为r17‑r1，导水裂隙带的高度为R17‑R9，通过关键层理论计算，得到R15、R9、R3为关键层；所以，采空区应力最大值σ_MAX为采空区导水裂隙带发育高度内的岩层的重量,即：σ_MAX＝R17×r17+R16×r16+R15×r15+R14×r14+R13×r13+R12×r12+R11×r11+R10×r10+R9×r9(4)通过筛分粒径得到垮落岩石的粒径变化规律第一次独立压缩试验结束后，通过筛分粒径，获取压缩前后破碎岩石粒径变化规律；筛分粒径时，利用分级筛从大到小依次筛分，筛分出每一粒径范围内的垮落岩石，再通过颜色区分出垮落岩石压缩前的粒径，以此方法依次获得垮落岩石的粒径变化规律；(5)第二次整体压缩试验通过步骤(2)，得到室内试验破碎岩石的粒径级配空间分布规律，以竖直剖面上粒径分布规律分为上、中、下三层，依次筛分符合粒径级配空间分布规律上、中、下三层的破碎岩石，每一部分根据不同粒径喷射不同颜色漆混合均匀，并且保证三层破碎岩石的油漆颜色不重复，每一部分混合均匀后按照粒径级配空间分布规律从下往上依次铺设，半圆形构件连接通过螺纹螺母从下往上依次连接固定；(6)第二次整体压缩试验结束后，从上向下逐层拆分圆筒，剥离破碎岩石，通过筛分粒径，获取每一部分压缩前后垮落岩石粒径变化及垮落岩石运移规律。