一種煤層相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種煤層相似模擬實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域技術(shù)，特別是指一種實(shí)驗(yàn)室模擬煤層采動(dòng)后上覆巖層變化形態(tài)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]礦井煤層開采后，上覆巖層隨工作面的推進(jìn)在采場(chǎng)垂直方向上形成垮落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶，“覆巖三帶”的準(zhǔn)確劃分是“三下采煤”可行性研宄和設(shè)計(jì)、覆巖離層充填技術(shù)研宄和應(yīng)用、突出礦井保護(hù)層選擇和開采設(shè)計(jì)，以及上鄰近層瓦斯抽放研宄和實(shí)施的依據(jù)。同時(shí)，隨著煤層工作面的推進(jìn)，工作面前方的應(yīng)力也在發(fā)生變化，掌握工作面前方應(yīng)力分布對(duì)巷道支護(hù)具有重要意義。目前，研宄采空區(qū)三帶、工作面前方應(yīng)力變化規(guī)律方面，技術(shù)手段很多，其中實(shí)驗(yàn)室相似模擬實(shí)驗(yàn)是一種重要手段。眾多學(xué)者采用相似模擬實(shí)驗(yàn)取得了驅(qū)動(dòng)重要研宄成果(李樹剛，2013，礦業(yè)安全與環(huán)保；劉秀英，2004，太原理工大學(xué)學(xué)報(bào))。
[0003]傳統(tǒng)的相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，是在長(zhǎng)方體試驗(yàn)框架內(nèi)填入模擬煤層和巖層的相似材料，相似材料主要有河砂、碳酸鈣、石膏按照配比構(gòu)成，巖層用電動(dòng)錘或鐵鎬夯實(shí)，從而制成模型；通過人工逐次開挖一段距離的煤層模擬材料，模擬出采礦的推進(jìn)過程。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置在模擬工作面推進(jìn)時(shí)，需要借助工具逐步開挖模擬煤層的材料，這種方式不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且不能保證每次開挖的距離相同。中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?00810128331.8)公布了一種相似模擬和物理模擬相結(jié)合的采場(chǎng)礦壓機(jī)械模擬試驗(yàn)臺(tái)，利用模擬橡膠板煤層底板、氣囊模擬煤層、由若干橡膠塊和硬質(zhì)材料塊連接成整體的層狀結(jié)構(gòu)模擬老頂；由于氣囊的膨脹不均勻，會(huì)影響頂板壓力測(cè)定的可靠性；由于煤層開采過后，頂板由于卸壓而出現(xiàn)膨脹變形現(xiàn)象，層狀結(jié)構(gòu)體現(xiàn)不出這種現(xiàn)象；同時(shí)，相似模擬是基于“相似三定律”而建立的，由于橡膠的應(yīng)力、容重固定，不能體現(xiàn)各個(gè)巖層的差異。文獻(xiàn)(采場(chǎng)下伏煤巖體卸壓作用原理及在被保護(hù)層卸壓瓦斯抽采中的應(yīng)用，王海鋒，2008)利用石蠟易熔化的特性，采用石蠟加熱熔化方案代替煤層開挖，這種方法可以避免傳統(tǒng)方法開挖的弊端，但是實(shí)驗(yàn)中是石蠟融化時(shí)間長(zhǎng)大69min，從而造成實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)；另外，石蠟容易變形，在夯實(shí)模型的過程中，很難保證石蠟的厚度達(dá)到模擬煤層的高度。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]有鑒于此，本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在之缺失，其主要目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精確模擬開挖步距的煤層相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下之技術(shù)方案:
[0006]一種煤層相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括有模型架、底板、煤層、上覆巖層、加壓裝置以及液壓泵，該底板、煤層、上覆巖層以及加壓裝置從下往上依次疊設(shè)于模型架內(nèi)；該煤層包括有開挖煤層與保護(hù)煤柱，該保護(hù)煤柱分布于開挖煤層的兩側(cè)，該開挖煤層與保護(hù)煤柱均由合金塊構(gòu)成，該液壓泵設(shè)置于模型架外，該液壓泵通過膠管與合金塊連接。
[0007]作為一種優(yōu)選方案，所述合金塊的長(zhǎng)度為20~30cm，寬度為5~10cm，厚度為2~10cm，開挖煤層的長(zhǎng)度為150~200cm，保護(hù)煤柱的長(zhǎng)度為20~40cm。
[0008]作為一種優(yōu)選方案，所述合金塊具有第一進(jìn)液口、第二進(jìn)液口、第一出液口以及第二出液口，該第一出液口設(shè)置于合金塊的左側(cè)上方，該第二出液口設(shè)置于合金塊的底部，該第一進(jìn)液口與第一出液口連通，該第二進(jìn)液口與第二出液口連通，前述膠管連通第一進(jìn)液口與第二進(jìn)液口。
[0009]作為一種優(yōu)選方案，所述第一出液口為整排間隔均勻地設(shè)置，該第一出液口距離合金塊的左側(cè)上邊界為2~6mm，相鄰兩個(gè)第一出液口之間間距為4~6cm，每個(gè)第一出液口的直徑為3~6mm，該第一進(jìn)液口到每個(gè)第一出液口之間的距離均相同。
[0010]作為一種優(yōu)選方案，所述第二出液口為兩排間隔均勻地設(shè)置，該兩排第二出液口關(guān)于合金塊的中心線對(duì)稱，相鄰兩個(gè)第二出液口之間間距4~6cm，每個(gè)第二出液口的直徑為3~6mm,該第二進(jìn)液口到每個(gè)第二出液口之間的距離均相同。
[0011 ] 作為一種優(yōu)選方案，所述液壓泵的流量控制在20~200ml/min，壓力控制在0.01 ?0.2MPaο
[0012]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，具體而言，由上述技術(shù)方案可知，
[0013]通過利用合金塊來代替模擬煤層的開采部分，并配合在合金塊的表面涂一層環(huán)氧樹脂材料，再利用環(huán)氧樹脂溶解液將其溶解，代替了人工開挖煤層，可以精確開挖步距，減少了實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間；且不僅可以減小手工開挖模型在尺寸上的誤差，還可以降低開挖模型的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)可以避免開挖過程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵。
[0014]為更清楚地闡述本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特征和功效，下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施例來對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型之較佳實(shí)施例模擬一層煤的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本實(shí)用新型之較佳實(shí)施例之合金塊的主視圖；
[0017]圖3是本實(shí)用新型之較佳實(shí)施例之合金塊的左視圖；
[0018]圖4是本實(shí)用新型之較佳實(shí)施例之合金塊的仰視圖；
[0019]圖5是圖2在A-A處的截面示意圖；
[0020]圖6是圖2在B-B處的截面示意圖；
[0021]圖7是圖2在C-C處的截面示意圖；
[0022]圖8是圖2在D-D處的截面示意圖。
[0023]附圖標(biāo)識(shí)說明。
[0024]10、模型架20、底板
[0025]30、煤層31、合金塊
[0026]311、第一進(jìn)液口312、第二進(jìn)液口
[0027]313、第一出液口314、第二出液口
[0028]32、開挖煤層33、保護(hù)煤柱
[0029]40、上覆巖層50、加壓裝置
[0030]60、液壓泵70、膠管。
【具體實(shí)施方式】
[0031]請(qǐng)參照?qǐng)D1至圖8所示，其顯示出了本實(shí)用新型之較佳實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)，包括有模型架10、底板20、煤層30、上覆巖層40、加壓裝置50以及液壓泵60。
[0032]其中，該底板20、煤層30、上覆巖層40以及加壓裝置50從下往上依次疊設(shè)于模型架10內(nèi)。該煤層30包括有開挖煤層32與保護(hù)煤柱33，該開挖煤層32與保護(hù)煤柱33均由合金塊31構(gòu)成。
[0033]該開挖煤層32的長(zhǎng)度為150~200cm，該合金塊31的長(zhǎng)度由模型架10的寬度確定，該合金塊31的寬度由開挖步距確定，該合金塊31的厚度由煤層30的高度確定。在本實(shí)施例中，該合金塊31的長(zhǎng)度為20~30cm，寬度為5~10cm，厚度為2~10cm。具體而言，該合金塊31具有第一進(jìn)液口 311、第二進(jìn)液口 312、第一出液口 313以及第二出液口 314，該第一進(jìn)液口 311以及第二進(jìn)液口 312設(shè)置于合金塊31的前側(cè)面上。該第一出液口 313設(shè)置于合金塊31的左側(cè)上方，該第一進(jìn)液口 311與第一出液口 313連通(如圖5所示)，該第