一种多水平联合开采的实验模拟架的制作方法

本发明涉及矿业领域，特别是涉及一种多水平联合开采的实验模拟架。

背景技术

多水平联合开采的意思就是同时存在多个水平进行开采。比如一个煤矿布置有标高为+100的水平、标高为+200的水平，每个水平都有采面，这样的就是多水平开采。多水平联合开采变形破坏过程极其复杂，物理力学过程复杂，现场测定受到多方条件限制，特别是不同的开采步距，推进速度等对上下水平工作面究竟有何影响，都需要尽可能的实地论证，而实际上这是不可能的。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种多水平联合开采的实验模拟架，完全还原模拟分层开采场景以及对顶底板造成的规律影响研究，期望最大可能的去还原煤层分层开采现场状态。

一种多水平联合开采的实验模拟架，包括模型支架和设置在其内部的第一煤层模拟系统、第二煤层模拟系统和其他岩层；

所述第一煤层模拟系统和所述第二煤层模拟系统均由多个杆体从左至右排列而成，所述杆体为长方体，所述第一煤层模拟系统和所述第二煤层模拟系统的前端和左右两侧与所述模型支架之间具有间隔，后端从所述模型支架中穿出；

所述第一煤层模拟系统设置在所述第二煤层模拟系统的上部，且与所述第二煤层模拟系统之间具有间隔。

本发明所述的多水平联合开采的实验模拟架，其中，在所述杆体的前部设置有一条红线和一条蓝线。

本发明所述的多水平联合开采的实验模拟架，其中，所述模型支架包括底板和固定在所述底板上的左侧板和前侧板，在所述左侧板上设置有多个通孔，所述前侧板为有机玻璃；

所述模型支架还包括后侧板和右侧板，均由多个侧护板上下堆叠固定而成，所述侧护板包括板体和固定在所述板体上端和下端的支撑板，在所述板体的左右两侧采用螺丝固定在所述模型支架上。

本发明所述的多水平联合开采的实验模拟架，其中，在所述后侧板上，多个所述侧护板之间设置有供所述第一煤层模拟系统和所述第二煤层模拟系统穿出的缝隙。

本发明所述的多水平联合开采的实验模拟架，其中，所述模型支架的长宽高分别为5000mm、2600mm和4800mm，所述第一煤层模拟系统和所述第二煤层模拟系统的前端和左右两侧与所述模型支架的距离均为300mm，所述红线距离所述杆体的前端之间的距离为300mm，所述蓝线设置在所述红线的后方50mm处，所述杆体的长度为2800mm，宽度和高度均为模拟煤层高度h，h为3～8cm；

所述第一煤层模拟系统和所述第二煤层模拟系统之间的距离小于1m，所述第一煤层模拟系统和所述第二煤层模拟系统中杆体的数量为50～130根。

本发明所述的多水平联合开采的实验模拟架，还包括变形实时测量系统，由多个应变片构成，具体设置方式为：在所述模型支架宽度方向的中部，从左至右设置有多排、4列所述应变片。

本发明所述的多水平联合开采的实验模拟架，其中，4列所述应变片距离所述模型支架的左侧板之间的距离分别为1300mm、2250mm、2750mm和3700mm。

本发明所述的多水平联合开采的实验模拟架，其中，距离所述第一煤层模拟系统或者所述第二煤层模拟系统0.5m范围内，相邻两排所述应变片之间的距离为20mm，在0.5～1.2m范围内，相邻两排所述应变片之间的距离为40mm。

本发明所述的多水平联合开采的实验模拟架，包括如下步骤：从左到右依次抽出第一煤层模拟系统的杆体，用于模拟第一煤层的开采，当第10根杆体拔出后，同时开始从左到右依次抽出第二煤层模拟系统的杆体，用于模拟第二煤层的开采，上下两层开采横向间距为10h，在拔出每个杆体过程中，看到蓝线开始注意，看到红线后停止。

本发明多水平联合开采的实验模拟架与现有技术不同之处在于：

本发明多水平联合开采的实验模拟架可以观察到现场无法观察的位移和应力，可以模拟开采过程中顶底板变形破坏全过程，且可以研究不同的开采工艺对顶底板破坏过程的研究。

本发明多水平联合开采的实验模拟架完全还原模拟分层开采场景以及对顶底板造成的规律影响研究，包括考虑边界效应，包括考虑伪顶，包括考虑煤层推进速度等多个因素，期望最大可能的去还原煤层分层开采现场状态，可以求出具体的垮落带范围等。

下面结合附图对本发明的多水平联合开采的实验模拟架作进一步说明。

附图说明

图1为本发明多水平联合开采的实验模拟架中模型支架的结构示意图；

图2为本发明多水平联合开采的实验模拟架中模型支架的后侧板的结构示意图；

图3为本发明多水平联合开采的实验模拟架中第一煤层模拟系统或第二煤层模拟系统的俯视图；

图4为本发明多水平联合开采的实验模拟架中变形实时测量系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1～图4，一种多水平联合开采的实验模拟架，包括模型支架1和设置在其内部的第一煤层模拟系统2、第二煤层模拟系统3和其他岩层；第一煤层模拟系统2和第二煤层模拟系统3均由多个杆体4从左至右排列而成，杆体4为长方体，第一煤层模拟系统2和第二煤层模拟系统3的前端和左右两侧与模型支架1之间具有间隔，后端从模型支架1中穿出；第一煤层模拟系统2设置在第二煤层模拟系统3的上部，且与第二煤层模拟系统3之间具有间隔。

以下为优选技术方案：

在杆体4的前部设置有一条红线5和一条蓝线6。

模型支架1包括底板和固定在底板上的左侧板和前侧板，在左侧板上设置有多个通孔7，主要目的是为了传输线路等，材质为高强度钢，前侧板为有机玻璃，透明，可以看得见模型内的砂石变化。模型支架1还包括后侧板和右侧板，均由多个侧护板8上下堆叠固定而成，侧护板8包括板体和固定在板体上端和下端的支撑板，在板体的左右两侧采用螺丝9固定在模型支架1上。右侧板和后侧板可以逐步安装，由工字钢的一半组成，高度为200mm，通过上下移动工字钢的固定位置，可以实现在煤层高度区域，第一煤层模拟系统2和第二煤层模拟系统3与工字钢之间实现无缝密封；在后侧板上，多个侧护板8之间设置有供第一煤层模拟系统2和第二煤层模拟系统3穿出的缝隙。工字钢之间，第一煤层模拟系统2和第二煤层模拟系统3两侧的区域无需处理，因为煤层模拟系统一般高度都在40mm以内，所以根据经验，里面的砂石不会溢出。

模型支架1的长宽高分别为5000mm、2600mm和4800mm，第一煤层模拟系统2和第二煤层模拟系统3的前端和左右两侧与模型支架1的距离均为300mm，红线5距离杆体4的前端之间的距离为300mm，蓝线6设置在红线5的后方50mm处，杆体4的长度为2800mm，宽度和高度均为模拟煤层高度h，h为3～8cm；

第一煤层模拟系统2和第二煤层模拟系统3之间的距离小于1m，第一煤层模拟系统2和第二煤层模拟系统3中杆体4的数量为50～130根。

上方煤层的煤厚和回采率对顶板垮落范围极大，因此一些水袋或者铜丝融化的思路都不行，需要在煤层内部完全没有与实际不相符的东西在采空区，影响到其垮落高度，其次要考虑到边界效益，这个对垮落带发育范围影响极大，这两点考虑是我们设计为杆体4的重要原因。

多水平联合开采的实验模拟架还包括变形实时测量系统，监测内部位移、应力以及裂隙发育过程，由多个应变片10构成，具体设置方式为：在模型支架1宽度方向的中部，从左至右设置有多排、4列应变片10。4列应变片10距离模型支架1的左侧板之间的距离分别为1300mm、2250mm、2750mm和3700mm。

距离第一煤层模拟系统2或者第二煤层模拟系统30.5m范围内，相邻两排应变片10之间的距离为20mm，在0.5～1.2m范围内，相邻两排应变片10之间的距离为40mm。

应变片10的位移是一个较为微小的变化，但可以测量模型内部压力的变化；当压力显示为0时，这时可以表明此处的模拟岩层处于垮落带，虽然看不见，但是确实可以通过应变片10测量的压力值来求出具体的垮落带范围。

多水平联合开采的实验模拟架的使用方法包括如下步骤：从左到右依次抽出第一煤层模拟系统2的杆体4，用于模拟第一煤层的开采，当第10根杆体4拔出后，同时开始从左到右依次抽出第二煤层模拟系统3的杆体4，用于模拟第二煤层的开采，上下两层开采横向间距为10h，在拔出每个杆体4过程中，看到蓝线6开始注意，看到红线5后停止。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。