于上述各工艺参数的选择，还可以进行适当的改进或者调整。
[0041] 综上所述，本发明相对于现有技术，具有实验结果真实准确、误差小，实验结果形 象直观、模拟仿真相似度高、操作简便、实验可重复并且再现性好等有益效果。
【附图说明】
[0042] 图1为本发明的凡士林含量对相似材料强度的影响曲线图。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图和实施例，对本发明进行详细说明。
[0044] 实施例1
[0045] 以某矿浅埋煤层赋存条件为例，进行采动覆岩垮裂三维内部空间展布形态模拟探 测，具体方法步骤如下：
[0046] 第一步，依据煤系地层综合柱状图及各岩层的物理力学测试结果，获得各岩层岩 性、厚度和物理力学参数；
[0047] 第二步，根据几何相似比1:200和应力相似比1:300,确定模型的几何尺寸长X 宽X高=1200mmX610mmX400mm;
[0048] 各岩层的相似材料的配比如下表1 ;其中，淀粉的掺加比例按质量份数为1. 5-1. 8 份；
[0049] 第三步，将上述相似材料按所需模拟的煤系地层情况，在模具内对煤系地层进行 分层模拟铺设，将每一层计量好的相似材料中的砂子倒入炒锅中加热至约80°C，石蜡、凡 士林和液压油混合物倒入多功能导热锅中水浴至完全融化成液体，在将两者快速搅拌均匀 后，倒入模具内进行铺设；
[0050] 第四步，脱模，并对所获得的相似材料模型进行采煤工作面模拟开采；
[0051] 第五步，采煤工作面模拟开采完成后，根据相似材料模型覆岩的直观垮落形态，确 定相似材料模型顶部垂直钻孔的具体布局、钻孔数量以及钻孔深度；
[0052] 然后，从相似材料模型顶部垂直向下钻若干数量的孔；钻孔完成后，向所钻孔中灌 注碘溶液，碘溶液注入量的上限以在孔中不产生未渗透的积液为前提；
[0053] 第六步，向所钻孔中灌注流动性好的、低粘度的环氧树脂；
[0054] 待环氧树脂凝固后，环氧树脂在模型内部将形成空间三维展布形态的树状模型；
[0055] 第七步，对相似材料模型进行水平分层剖面，对由碘溶液渗透并与淀粉反应呈现 蓝色的轨迹和上述环氧树脂所形成的空间三维展布形态的树状模型，进行拍照和测绘，以 记录覆岩层的裂隙分布状况、断裂和离层的位置信息，以及断裂和离层的具体尺寸数据；
[0056] 第八步，将上述所得各信息、数据进行汇总，即得采动覆岩垮裂三维内部空间结构 展布形态。
[0057] 将上述实施例所获得的结果，与实际进行煤矿开采真实结果进行事后详细对比、 分析，证明二者之间具有较高的相符程度。
[0058] 为更全面地理解本发明，现就相似材料的配方和配比进行补充说明如下：
[0059] 1、本发明中，相似材料的强度调整主要通过调整石蜡或凡士林的含量，液压油主 要起调和剂作用。由于相似材料模型中所用的材料强度一般较低，大多小于〇. 15MPa，因此 将相似材料中的沙子、石蜡和液压油质量比固定为40:1:1，仅对凡士林含量进行调整，调整 范围为0· 47~1. 2 ;
[0060] 如图1所示，凡士林含量变化与相似材料强度近似呈线性关系y = 0· 1271χ-0· 0167, R2= 0· 9919,拟合度非常好；
[0061] 不同配比的相似材料抗压强度位于0. 058MPa_0. 138MPa之间，分布范围较大，基 本可以满足各类模拟试验的需求。
[0062] 对于特殊地质情形，如若所模拟的岩石强度超过这个范围，还可以根据上述拟合 公式进行计算并适当调整。
[0063] 表1不同岩性岩层参数及相似材料配比表
[0064]
【主权项】
1. 一种采动覆岩垮裂三维内部空间展布形态模拟方法，其特征在于，包括以下步骤： 第一步，依据煤系地层综合柱状图及各岩层的物理力学测试结果，获得各岩层岩性、厚 度和物理力学参数； 第二步，根据几何相似比和应力相似比，确定模型的几何尺寸和各岩层的相似材料的 配比； 所述相似材料为多种憎水性材料的混合物，其中掺加有一定比例的淀粉； 第三步，将上述相似材料按所需模拟的煤系地层情况，在模具内进行分层铺设，在每不 同岩性的岩层与岩层之间，采用云母片进行隔离、分层；直至全部铺设完成，制成相似材料 丰旲型； 第四步，脱模，并对所获得的相似材料模型进行采煤工作面模拟开采； 第五步，采煤工作面模拟开采完成后，根据相似材料模型覆岩的直观垮落形态，确定相 似材料模型顶部垂直钻孔的具体布局、钻孔数量以及钻孔深度； 然后，从相似材料模型顶部垂直向下钻若干数量的孔；钻孔完成后，向所钻孔中灌注碘 溶液，碘溶液注入量的上限以在孔中不产生未渗透的积液为前提； 第六步，向所钻孔中灌注流动性好的、低粘度的环氧树脂； 待环氧树脂凝固后，环氧树脂在模型内部将形成空间三维展布形态的树状模型； 第七步，对相似材料模型进行水平分层剖面，对由碘溶液渗透并与淀粉反应呈现蓝色 的轨迹和上述环氧树脂所形成的空间三维展布形态的树状模型，进行拍照和测绘，以记录 覆岩层的裂隙分布状况、断裂和离层的位置信息，以及断裂和离层的具体尺寸数据； 第八步，将上述所得各信息、数据进行汇总，即得采动覆岩垮裂三维内部空间结构展布 形态。2. 根据权利要求1所述的采动覆岩垮裂三维内部空间展布形态模拟方法，其特征在 于，所述憎水性材料为砂子、石蜡、凡士林和液压油； 上述砂子、石蜡、液压油、凡士林和淀粉的质量比为40 : 1 : 1 : 0.47-1.2 : 1.5-1. 8。3. 根据权利要求1所述的采动覆岩垮裂三维内部空间展布形态模拟方法，其特征在 于，所述凡士林为工业凡士林。4. 根据权利要求1所述的采动覆岩垮裂三维内部空间展布形态模拟方法，其特征在 于，所述碘溶液的溶质为单质碘，溶剂为乙醇、三氯甲烷、四氯化碳或乙醚溶液。5. 根据权利要求1-4任一所述的采动覆岩垮裂三维内部空间展布形态模拟方法，其特 征在于，所述相似材料的配制方法和铺设方法如下： 在搅拌或翻炒状态下，将砂子加热至70-85°C; 将石蜡、凡士林和液压油置于容器内，采用水浴加热方式加热至65-70°C，并搅拌均匀， 制成液态混合物； 然后，将上述液态混合物倾倒入70-85Γ的砂子中，快速拌和均匀，完成相似材料的配 制； 然后，将所配置成的相似材料在温度处于石蜡的凝固点之上的状态下，进行快速铺设 即可。
【专利摘要】本发明公开了一种采动覆岩垮裂三维内部空间展布形态模拟方法，其巧妙地运用淀粉遇碘变蓝的显色反应，进行“示踪”，对煤层开采后，覆岩垮裂位置进行准确定位；并采用将具有灌注流动性好，凝结时间较短，凝固后有一定强度的环氧树脂及时灌注至煤层开采模拟试样的内部，待其凝结固化后，形成仿真度极高的煤层开采引起的覆岩垮裂形态。本发明这一技术思想的精巧构思，有效地解决了现有技术的实验“系统误差”；并且大幅减低了因实验方法所致的实验操作人员不可避免的等各种“偶然误差”。本发明相对于现有技术，具有真实准确、高仿真、操作简便、实验重复性和再现性好，结果真实、可靠等特点。
【IPC分类】G01N33/24
【公开号】CN105388264
【申请号】CN201510688971
【发明人】郭惟嘉, 王海龙, 江宁, 孙熙震, 李杨杨, 李金平
【申请人】山东科技大学
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年10月22日