[发明专利]一种用于相似模拟试验的破碎顶板模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种破碎顶板模拟方法，尤其涉及一种用于相似模拟试验的破碎顶板模拟方法。

背景技术

破碎顶板冒落区注浆充填就是在冒落岩石未被压实之前向冒落岩石空隙注入浆液，让浆液占据冒落岩石空隙，减少上覆岩层运动空间，达到控制上覆岩层运动减缓地表下沉的目的。碎胀系数在这个过程中至关重要，碎胀系数的大小决定充填率。

目前现有技术中相似材料模拟试验所用材料为河砂、碳酸钙和石膏，其冒落之后碎胀性与真实岩石的碎胀性相差较远，并且冒落之后的碎胀系数具有随机性，不可控，不能很好的模拟破碎顶板的随采随冒的特性。

由此可见，目前的模拟方法不能满足破碎顶板冒落区注浆充填相似模拟试验对直接顶随采随冒和其冒落后碎胀系数一定的要求。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种用于相似模拟试验的破碎顶板模拟方法，该方法采用规则的小立方体来模拟破碎顶板，可以实现破碎顶板冒落区注浆充填相似模拟试验对破碎顶板随采随冒的要求，且通过调整立方体边长和其自由冒落高度实现其冒落之后其碎胀系数可控，从而保证破碎顶板冒落区注浆充填相似模拟试验可以更好的模拟现场。

本发明技术方案包括：

一种用于相似模拟试验的破碎顶板模拟方法，包括以下步骤：

a、确定相似模拟试验模型的几何相似比C，根据所模拟矿井的地质资料-煤层柱状图，明确直接顶厚度m_z，煤层厚度m；

b、对破碎顶板冒落之后的碎胀系数进行现场测量，确定碎胀系数K；则模型中对应的直接顶厚度为m_z·C，煤层厚度为m·C，此时煤层厚度m·C等于破碎顶板自由冒落高度；

c、根据破碎顶板自由冒落高度m·C、碎胀系数K及不同边长立方体碎胀系数和自由冒落高度对应曲线，确定满足要求的立方体边长a；

d、根据步骤b中所述的直接顶厚度m_z·C和步骤c所述的立方体边长a确定所需铺设立方体层数n；

e、按照试验方案进行模型铺设，在铺设的煤层上方均匀铺上云母粉，在云母粉上方均匀铺设单元立方体并保证相邻立方体紧密接触，直至铺设至设计层数；

f、在步骤e所述的单元立方体岩层上方正常铺设相似模拟材料，直至完成试验模型铺设；

g、对模拟煤层进行开挖，观察并记录试验现象。

本发明所带来的有益技术效果：

本发明提出了一种用于相似模拟试验的破碎顶板模拟方法，该方法可以实现破碎顶板冒落区注浆充填相似模拟试验对破碎顶板随采随冒的要求，且通过调整立方体边长和其自由冒落高度实现其冒落之后其碎胀系数可控，从而保证破碎顶板冒落区注浆充填相似模拟试验可以更好的模拟现场，解决了现有技术中相似模拟材料模拟垮落带垮落过程不准确、结果与实际不相符等问题；使用单元立方体组成的模拟岩层具有铺设方便、试验效果优越、材料成本低和可重复使用等优点。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步清楚、完整的说明：

图1为本发明不同边长的立方体自由冒落高度和碎胀系数对应曲线图；

图2为本发明相似模拟试验破碎顶板模拟方法流程图。

具体实施方式

本发明公开了一种用于相似模拟试验的破碎顶板模拟方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚，下面结合具体实施例对本发明做进一步清楚、完整的说明。

在破碎顶板冒落区注浆充填相似模拟试验中的直接顶用规则小立方体代替原用材料，将立方体规则的排列，在煤层采出后上部立方体在重力作用下会自由下落，最终在底板上自由堆积，模拟随采随冒的破碎顶板。

结合图1、图2所示，一种用于相似模拟试验的破碎顶板模拟方法，包括以下步骤：

a、确定相似模拟试验模型的几何相似比C，根据所模拟矿井的地质资料-煤层柱状图，明确直接顶厚度m_z，煤层厚度m；

b、对破碎顶板冒落之后的碎胀系数进行现场测量，确定碎胀系数K；则模型中对应的直接顶厚度为m_z·C，煤层厚度为m·C，此时煤层厚度m·C等于破碎顶板自由冒落高度；

c、根据破碎顶板自由冒落高度m·C、碎胀系数K及不同边长立方体碎胀系数和自由冒落高度对应曲线，确定满足要求的立方体边长a；

d、根据步骤b中所述的直接顶厚度m_z·C和步骤c所述的立方体边长a确定所需铺设立方体层数n；