[发明专利]一种平面相似模拟实验中的煤层的开挖方法

说明书

本发明公开一种平面相似模拟实验中的煤层的开挖方法，所述煤层由泡沫板和相似材料间隔铺设而成，通过胶水溶解泡沫板和用刀、锯切割相似材料模拟煤层开挖；所述泡沫板为EPS泡沫材料；所述相似材料由河砂、石灰、石膏、墨汁和水按照配比试验确定的配合比混合配制而成。本发明开挖方法采用泡沫板部分替代相似材料作为模拟煤层，利用PVC胶水溶解泡沫板模拟煤层开挖，操作方便，工作强度低，提高了工作效率；本开挖方法将泡沫板与相似材料间隔铺设，解决了单独使用泡沫板由于泡沫板可能被压扁而导致的“未采先沉”问题，增加了模型的稳定性，保证了实验效果。

技术领域

本发明涉及相似材料模拟实验技术领域，具体是一种平面相似模拟实验中的煤层的开挖方法。

背景技术

相似模拟实验作为一种重要的研究手段，于20世纪30年代由苏联专家库兹涅佐夫提出，被广泛应用于矿业、地质、水利和岩土工程等部门。在矿业系统，主要用于研究煤层开挖引起的覆岩移动变形与破断规律，以及地压显现规律等。以往的相似模拟实验大多为平面模拟实验，实验模型由地质原型按照一定的几何相似比缩放。

传统的平面相似模拟实验中的煤层开挖方式，既费时又费力，在逐段开挖过程中，往往尚未开挖到设计步距，顶板便塌落下来导致无法继续开挖，或者尚未开挖到模型内部，外侧顶板便已经坍塌，导致顶板塌落、岩层下沉内外不均匀、不同步，进而影响实验效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种平面相似模拟实验中的煤层材料及开挖方法，通过泡沫板和相似材料间隔铺设，模仿煤层分布，泡沫板作为煤层材料，利用PVC胶水溶解泡沫板模拟煤层开挖，模拟开挖操作方便，工作强度低，提高了工作效率；泡沫板与相似材料间隔铺设，无中岩层下沉内外不均匀和不同步的问题，解决了单纯使用泡沫板导致的泡沫板被压扁的问题，增加模拟实验结构的稳定性和可靠性。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种平面相似模拟实验中的煤层的开挖方法，所述煤层由泡沫板和相似材料间隔铺设而成，通过胶水溶解泡沫板和用刀、锯切割相似材料模拟煤层开挖。

进一步地，所述泡沫板为EPS泡沫材料。

进一步地，所述相似材料由河砂、石灰、石膏、墨汁和水按照配比试验确定的配合比混合配制而成。

进一步地，根据实际煤层的抗压强度和抗拉强度等力学性能参数，结合实验相似比(应力相似比)，计算模拟煤层的抗压强度和抗拉强度，再通过配比实验，确定满足应力相似比的材料配合比。

进一步地，所述开挖方法的操作步骤如下：

S1、根据实验相似比(几何相似比)确定模拟煤层的厚度，并准备相同厚度的泡沫板，将其切割成条状备用；

S2、根据配比实验确定的配合比，将河砂、石灰和石膏混合，加入混合重量1/10的水和墨汁配制煤层相似材料；

S3、将泡沫板和煤层相似材料间隔铺设在模型架上；

S4、按照设计进度进行煤层开挖，泡沫部分，从模型两侧同时用毛刷蘸取胶水溶解泡沫；

S5、按照设计进度进行煤层开挖，相似材料部分，从模型两侧同时用条形刀或锯切割的方式进行开挖。

进一步地，所述泡沫板的宽度为10～20cm，长度为模型架宽度。

进一步地，所述泡沫板保持5～10cm间距平行放置于模拟煤层的待采区域，泡沫板长度方向与模型架宽度方向一致。

进一步地，所述胶水选用PVC-U速干型排水胶。

进一步地，所述泡沫板之间和泡沫板外侧的模拟煤层均用相似材料铺设。

本发明的有益效果：