[发明专利]一种煤层相似模拟实验装置及其使用方法

权利要求书

1.一种煤层相似模拟实验装置，其特征在于：包括有模型架、底板、煤层、上覆岩层、加压装置以及液压泵，该底板、煤层、上覆岩层以及加压装置从下往上依次叠设于模型架内；该煤层包括有开挖煤层与保护煤柱，该保护煤柱分布于开挖煤层的两侧，该开挖煤层与保护煤柱均由合金块构成，该液压泵设置于模型架外，该液压泵通过胶管与合金块连接。

2.根据权利要求1所述的一种煤层相似模拟实验装置，其特征在于：所述合金块的长度为20~30cm，宽度为5~10cm，厚度为2~10cm，开挖煤层的长度为150~200cm，保护煤柱的长度为20~40cm。

3.根据权利要求1所述的一种煤层相似模拟实验装置，其特征在于：所述合金块具有第一进液口、第二进液口、第一出液口以及第二出液口，该第一出液口设置于合金块的左侧上方，该第二出液口设置于合金块的底部，该第一进液口与第一出液口连通，该第二进液口与第二出液口连通，前述胶管连通第一进液口与第二进液口。

4.根据权利要求3所述的一种煤层相似模拟实验装置，其特征在于：所述第一出液口为整排间隔均匀地设置，该第一出液口距离合金块的左侧上边界为2~6mm，相邻两个第一出液口之间间距为4~6cm，每个第一出液口的直径为3~6mm，该第一进液口到每个第一出液口之间的距离均相同。

5.根据权利要求3所述的一种煤层相似模拟实验装置，其特征在于：所述第二出液口为两排间隔均匀地设置，该两排第二出液口关于合金块的中心线对称，相邻两个第二出液口之间间距4~6cm，每个第二出液口的直径为3~6mm，该第二进液口到每个第二出液口之间的距离均相同。

6.根据权利要求1所述的一种煤层相似模拟实验装置，其特征在于：所述液压泵的流量控制在20~200ml/min，压力控制在0.01~0.2MPa。

7.根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的一种煤层相似模拟实验装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）在开展煤层相似模拟实验前，需要将模型架清理干净；

（2）将挡板固定在模型架的前后两侧；

（3）根据材料的配比，利用电子称精确称取所需材料的质量，将材料放入搅拌机内搅拌均匀，配成底板的材料，将材料铺在模型架内，利用电动锤或者铁镐将材料夯实；

（4）在底板上均匀撒上一层厚度为2~4mm云母片；

（5）将模拟开挖煤层的合金块左侧以及底部表面涂一层厚度为2~6mm的环氧树脂胶；

（6）将模拟保护煤柱的合金块以及模拟开挖煤层的合金块依次铺在底板上面，合金块长度方向与模型架宽度方向一致，利用电动锤或者铁镐轻轻夯实，同时在其上面均匀撒一层厚度为2~4mm的云母片；

（7）根据模型搭建实际情况，在挡板正上方固定新的挡板，重复步骤3~6，直至将模型搭建到设计高度，如果实验中只开挖一层煤，则步骤5、6可省略；在模型搭建过程中，根据检测内容，需要在模型中预埋传感器；

（8）待模型干燥后，只保留模型架最上方的一层挡板，其余挡板全部拆除，同时根据模型压力计算结果，在模型上方固定加压装置；

（9）开挖煤层开挖前，通过胶管将液压泵和模拟开挖煤层的合金块相连；通过液压泵将环氧树脂胶溶解液注入合金块的第一进液口与第二进液口内，该液压泵的流量控制在20~200ml/min，压力控制在0.01~0.2MPa；

（10）环氧树脂胶溶解液通过合金块内部通道到达表面，进而将环氧树脂胶溶解，使得合金块与周围材料的缝隙减小，在重力作用下，合金块会掉落在底板上，将合金块取出即可模拟煤层的开采过程；再将胶管与取出的合金块右侧的合金块相连，重复步骤9的过程，可以模拟整个工作面推进过程。

8.根据权利要求7所述的一种煤层相似模拟实验装置的使用方法，其特征在于：所述加压装置为水袋加压或者千斤顶加压。