[发明专利]一种采空区积水活化机理研究的物理模拟方法

说明书

本发明公开一种采空区积水活化机理研究的物理模拟方法，根据要模拟的煤矿开采条件设计模型的尺寸，确定不同模拟层的厚度和容重；根据要模拟的煤矿岩层主要力学性能参数，选择骨料、胶结料、阻水添加剂和分层材料，并确定骨料和胶结料的比例；模型铺设；布置应力传感器，用于应力检测；密封处理；模型开采和观测。石蜡固基、透明亚克力板边缘加载止水密封橡胶的整体密封、模拟岩土和透明板间的膨胀止水胶止水的“三重”密封方法，既解决了模拟采空区的积水密封问题，还能实现模拟岩土的无阻碍“活化”移动和可视问题；在骨料和胶结料中添加阻水添加剂凡士林，解决了相似模拟中常规配比材料在水的浸泡作用下会迅速泥化的问题。

技术领域

本发明涉及采空区积水机理研究模拟方法技术领域。具体地说是一种采空区积水活化机理研究的物理模拟方法。

背景技术

煤矿开采后遗留大规模采空区，形成不良地基，这些采空区在井下停止采动后的短时间内处于一个相对稳定的状态，但今后在外在因素(如地震、采空区积水浸泡、临近采空区开采等)的影响下有可能致使采空区内煤(岩) 柱失稳破坏，造成覆岩和地表移动“活化”，即再次发生不均匀沉降，对采空区上方地表土地利用与建筑开发形成较大的安全隐患。

因此有必要研究覆岩损伤区域积水作用下，覆岩“活化”后移动与变形、应力、裂缝、塑性区、采空三角区变化规律。

现有的模拟覆岩层相似模拟实验，由于存在采空区积水的影响，存在如下问题，如图1所示：

(1)实验模型前后侧密封问题。根据实验目的，后期将观测采空区积水作用下覆岩“活化”情况，实验涉及到流固耦合模拟，需解决前后侧密封问题，要求模型密封后既能防止采空区积水漏失，又能不妨碍采空区“活化”后覆岩的移动。简单的预埋塑料薄膜帷幕技术在积水压力作用下隔水效果并不好，更主要的是封闭后无法进行应力、应变及现象观测。

(2)煤(岩)柱力学强度软化问题。由预试验效果可以看出，由沙子、石膏、碳酸钙等配比而成的相似材料，在水的作用下迅速泥化，冲蚀采空区形成大的孔洞，造成覆岩大规模“活化”，这与实际不符，需解决相似材料在水的作用下防冲蚀，及力学强度与实际煤(岩)柱力学强度随时间软化的相似问题。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种采空区积水活化机理研究的物理模拟方法，解决采空区积水密封及煤岩柱力学强度软化相似的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种采空区积水活化机理研究的物理模拟方法，包括如下步骤：

(1)根据要模拟的煤矿开采条件设计模型的尺寸，确定不同模拟层的厚度和容重；

(2)根据要模拟的煤矿岩层主要力学性能参数，选择骨料、胶结料、阻水添加剂和分层材料，并确定骨料和胶结料的比例；

(3)模型铺设：在底层铺设防水层，然后逐层铺设模拟岩层；

(4)在岩层铺设的过程中，在需要监控的位置布置应力传感器，用于应力检测；设置非接触视频应变位移精密测量系统，用于应变检测；

(5)待模拟岩层铺设完毕后，进行密封处理；

(6)模型开采和观测。

上述一种采空区积水活化机理研究的物理模拟方法，在步骤(2)中，所述骨料为河沙，所述胶结料为石膏和碳酸钙，所述分层材料为云母片。

上述一种采空区积水活化机理研究的物理模拟方法，在骨料和胶结料中加入阻水添加剂，所述阻水添加剂为凡士林。

上述一种采空区积水活化机理研究的物理模拟方法，所述阻水添加剂的加入量为骨料和胶结料总重的5％-8％。