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专利号: 201510264319X
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种急倾斜特厚煤层综放开采三维相似材料模拟试验台,其包括试验箱体、煤层开采模拟系统、声发射监测系统和应力监测系统,所述试验箱体包括底座、前后挡板和左右挡板,所述煤层开采模拟系统包括若干个柱状煤体模拟材料,其特征在于:所述煤层开采模拟系统还包括蠕动电机和控制器,所述蠕动电机和控制器位于左右挡板中心处的延伸线上,在每个柱状煤体模拟材料的尾部设置金属扣环,所述金属扣环和所述蠕动电机通过钢丝绳连接,通过蠕动电机和控制器结合对每个柱状煤体模拟材料进行开采,所述柱状煤体模拟材料在所述试验箱体的底部从下到上依次铺设形成铺设煤层;

所述左右挡板上设置有若干个平行四边形插孔,每个平行四边形插孔的形状、大小与其对应的柱状煤体模拟材料相匹配,所述平行四边形的底边与水平方向的夹角等于铺设煤层的倾角,所述左右侧挡板上设置有若干个接线圆孔;

所述声发射监测系统包括依次连接的声发射传感器、放大器、信号采集处理装置和计算机一,所述声发射传感器埋设在所述铺设煤层的上部岩层处,所述声发射传感器的线路通过接线圆孔引至试验箱体外部;

所述应力监测系统包括数据采集箱、计算机二和若干个应力传感器,每个应力传感器均埋设在所述柱状煤体模拟材料的底部,每个应力传感器的线路通过接线圆孔引至试验箱体外部。

2.根据权利要求1所述的急倾斜特厚煤层综放开采三维相似材料模拟试验台,其特征在于:所述前后挡板和左右挡板均为有机玻璃制作而成。

3.根据权利要求1所述的急倾斜特厚煤层综放开采三维相似材料模拟试验台,其特征在于:所述底座为底面面积比顶面面积大的梯形,所述底座的顶面边缘处设置有螺孔带,所述前后挡板、左右挡板分别通过螺丝与底座上对应的螺孔带连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的急倾斜特厚煤层综放开采三维相似材料模拟试验台的使用方法,其特征在于,依次包括以下步骤:步骤1、设计试验方案与试验参数,其中,试验参数主要包括模型相似常数、模拟煤层倾角、岩层和煤层的相似材料配比;

步骤2、组装试验箱体;

步骤3、组装应力监测系统和煤层开采模拟系统,在组装完成的试验箱体内自下而上铺设柱状煤体模拟材料,若所研究分析煤层为n个阶段的煤层,则该n个阶段的煤层用柱状煤体模拟材料进行模拟,在n个阶段以下和以上部分的邻近煤层及岩层利用常规相似材料按照所模拟现场实际条件的地层分布进行铺设;在最底层柱状煤体模拟材料铺设前,首先在其底部埋设应力传感器,然后将每个柱状煤体模拟材料插入对应的平行四边形插孔内,并利用钢丝绳,自其尾端金属扣环与蠕动电机牵引装置连接,并利用导线连接控制器;应力传感器的线路从接线圆孔引至试验箱体外部,并依次连接数据采集箱和计算机二;

步骤4、组装声发射监测系统,铺设煤层后,在其上部岩层部分埋设声发射传感器,声发射传感器的线路通过接线圆孔引至试验箱体外部,并依次与放大器、信号采集处理装置和计算机一连接;

步骤5、启动监测,开采煤层

利用计算机一和计算机二分别启动声发射监测系统和应力监测系统,对模拟试验中上覆岩层运移活动以及煤层底板应力变化特征进行实时监测,依据模拟试验方案,利用控制器设定时间相似比,开启蠕动电机,自上而下,依次牵引各柱状煤体模拟材料并由试验箱体右挡板缓缓移出,实现煤层的模拟开采;

步骤6、分析数据、展开分析

从计算机一和计算机二得到监测数据并对其进行汇总,即可展开对急倾斜特厚煤层综放开采上覆岩层运移规律、煤层底板卸压规律的研究分析,通过对模型上表面的变化情况的观测,可以进行地表开采沉陷规律的研究分析。