[发明专利]无煤柱自成巷自动化开采模型试验装置与方法

说明书

本发明公开了无煤柱自成巷自动化开采模型试验装置与方法，它解决了现有技术精确度不高、难以模拟无煤柱自成巷开采核心工艺的问题，能够模拟开采情况，实现一机多用。其技术方案为：包括组合式反力装置、柔性加载装置、自动开采成巷装置、监测装置及智能控制中心，智能控制中心对柔性加载装置、自动开采成巷装置进行控制且能够接收、处理由监测装置获得的数据；柔性加载装置包括加载油缸，加载油缸连接加载板，加载板端部设置调整层和传力层；自动开采成巷装置包括开采模拟装置和切缝模拟装置，开采模拟装置能够模拟巷道掘进和工作面开采；切缝模拟装置能够对模型体进行切割；监测装置用于对试验过程中的图像及数据进行采集和储存。

技术领域

本发明涉及地质力学模型试验领域，尤其涉及无煤柱自成巷自动化开采模型试验装置与方法。

背景技术

长壁采煤法是目前普遍使用的采煤方法，其回采一个工作面需掘进两条巷道并留设一个区段煤柱，易形成应力集中区，围岩变形大，控制困难，不能满足深部煤炭安全开采要求，且煤柱在工作面回采后无法回收，造成煤炭资源浪费。基于此，无煤柱自成巷开采技术被提出，该技术通过采空区侧顶板超前预裂切缝，使采空区上覆岩层在自重及矿山压力作用下沿切缝面垮落形成沿空巷帮，从而为下一工作面服务，改变了传统长壁开采一面双巷模式。由于其切断了沿空巷道顶板与采空区上覆岩层间的应力传递路径，使巷道处于应力降低区，围岩更加稳定，同时，减少了巷道掘进量，节约了煤炭资源。

无煤柱自成巷开采技术是一项新的矿山开采方法，现阶段针对该技术的研究仍以现场工业性试验、数值模拟和理论分析为主，但是理论分析模型简化，数值模拟参数不精确，难以反映工程实际，现场试验无法监测围岩的全过程变化，且存在投入大、周期长等问题。地质力学模型试验能够真实反映地质构造和工程结构的空间关系，弥补上述研究方法的不足，真实模拟开采条件下的围岩变形破坏特征。开展地质力学模型试验，首先要设计相应的地质力学模型试验系统。发明人发现，目前已有的模型试验装置存在以下问题：

(1)已有地质力学模型试验装置大多为平面模型试验装置，没有真实准确的模拟围岩的应力状态，导致试验准确度降低、结果出现偏差。

(2)模型试验装置尺寸小。以有地质力学模型试验由于受到模型试验装置尺寸的影响，只能模拟工作面倾向长度的一小部分，与现场实际不符、结果出现较大偏差。

(3)针对无煤柱自成巷开采技术的核心工艺，如预裂切缝等，已有地质力学模型试验装置难以实现。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供无煤柱自成巷自动化开采模型试验装置与方法，能够模拟矿山工程领域中采用无煤柱自成巷技术或其他传统开采技术的开采情况，实现一机多用。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了无煤柱自成巷自动化开采模型试验装置，包括组合式反力装置、柔性加载装置、自动开采成巷装置、监测装置及智能控制中心，所述智能控制中心通过无线方式对柔性加载装置、自动开采成巷装置进行控制且能够接收、处理并储存由监测装置获得的数据；

其中，柔性加载装置能够对组合式反力装置内部的模型体进行柔性加载，包括若干设置于框架的顶部和侧面的加载油缸；所述加载油缸连接加载板，且加载板端部依次设置调整层和传力层；

自动开采成巷装置包括开采模拟装置和切缝模拟装置，开采模拟装置能够模拟巷道的掘进和工作面开采；切缝模拟装置能够对模型体进行切割以形成切缝；监测装置，设于组合式反力装置外侧，用于对试验过程中的图像及数据进行采集和储存。

作为进一步的实现方式，所述开采模拟装置包括微型采掘机，切缝模拟装置包括无线切割机或激光切割仪，微型采掘机、无线切割机或激光切割仪能够通过无线方式与智能控制中心通讯。