一种适用于含断层构造沿空留巷三维物理开采试验系统技术方案

本发明专利技术属于煤矿开采试验技术领域，具体涉及一种适用于含断层构造沿空留巷三维物理开采试验系统。试验系统包括：模拟煤层装置，模拟煤层装置包括煤层，上盘煤层平行与下盘煤层，过渡带煤层与上盘煤层、下盘煤层处于不同的平面内；煤层均有多个规格一致的单元块组成，相邻两个单元块之间通过第一连接绳连接；在煤层的延伸方向的一侧设置有与煤层延伸方向相同的巷道；导向梁组件，导向梁组件位于试验系统的巷道中，上盘导向梁、下盘导向梁与过渡带导向梁上均设置有引导部件，引导部件用于对连接在单元块之间的连接绳进行导向；动力装置，动力装置与连接绳的端部连接。该试验系统有效模拟工程实际中煤体的运转方式，提高了试验结果的精准性。的精准性。的精准性。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于含断层构造沿空留巷三维物理开采试验系统


[0001]本专利技术属于煤矿开采试验
，具体涉及一种适用于含断层构造沿空留巷三维物理开采试验系统。

技术介绍

[0002]随着煤矿开采规模的扩大和开采速度的逐渐增加，围岩大变形事故频繁发生，事故更有可能发生在特殊的地质构造区域，如断层构造带。一方面断层区围岩破碎，岩性复杂；另一方面，在开采影响下，断层面与断层底部容易发生相对滑移和能量释放，造成生产事故。对于断层构造条件下沿空留巷工作面开采围岩变形机理的研究方法主要有理论研究、数值模拟、现场试验、以及二维物理模型试验，理论研究以理想化的边界条件为基础，与工程实际契合度较低，数值模拟缺少适用的本构模型，而现场试验又费时费力，而物理模型试验是根据现场实际的地质条件按照科学的比例缩小而形成的模型，可以很好的还原实际的工程状况。
[0003]对于含有断层构造沿空留巷工作面的开采在二维物理模型中可以采用人工开凿的方式进行开挖，在目前的三维物理模型试验中对于单一连续水平煤层的开采可以采用抽条的方式进行模拟，但是对于含断层构造这种具有落差煤层的开采由于结构的限制无法使用，况且由于抽条在抽动过程中会扰动后方煤层的应力状态，这严重影响了试验的准确性。
[0004]因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种适用于含断层构造沿空留巷三维物理开采试验系统，以至少解决现有技术中存在的上述问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种适用于含断层构造沿空留巷三维物理开采试验系统，所述试验系统包括：模拟煤层装置，所述模拟煤层装置包括煤层，所述煤层包括上盘煤层、下盘煤层与过渡带煤层，所述过渡带煤层过渡连接在上盘煤层与下盘煤层之间，所述过渡带煤层处于模拟断层位置；所述上盘煤层平行与下盘煤层，所述过渡带煤层与上盘煤层、下盘煤层处于不同的平面内；所述煤层均有多个规格一致的单元块组成，相邻两个单元块之间通过第一连接绳连接；在煤层的延伸方向的一侧设置有与煤层延伸方向相同的巷道；导向梁组件，所述导向梁组件位于试验系统的巷道中，所述导向梁组件包括导向梁，所述导向梁包括上盘导向梁、下盘导向梁与过渡带导向梁，所述过渡带导向梁过渡连接在上盘导向梁与下盘导向梁之间；所述上盘导向梁、下盘导向梁与过渡带导向梁上均设置有引导部件，所述引导部件用于对连接在单元块之间的连接绳进行导向，以使单元块在巷道中导向移动；
动力装置，所述动力装置与连接绳的端部连接，用于驱动连接绳与单元块移动，使连接绳从垂直煤层工作面走向进行抽拉单元块。
[0007]如上所述的适用于含断层构造沿空留巷三维物理开采试验系统，优选地，巷道包括断层上盘巷道、断层下盘巷道与断层过渡带巷道；所述上盘导向梁与上盘煤层处于同一平面内，且处于断层上盘巷道中；所述下盘导向梁与下盘煤层处于同一平面内，且处于断层下盘巷道中；所述过渡带导向梁与过渡带煤层处于同一平面内；且处于断层过渡带巷道中；所述引导部件为滑轮组件，所述滑轮组件用于对连接绳进行导向。
[0008]如上所述的适用于含断层构造沿空留巷三维物理开采试验系统，优选地，所述煤层包括上层煤层与下层煤层，所述上层煤层堆叠在下层煤层上方，且上层煤层与下层煤层相互独立设置；上层煤层与下层煤层均是有规格一致的单元块通过连接绳连接组成。
[0009]如上所述的适用于含断层构造沿空留巷三维物理开采试验系统，优选地，所述导向梁对应上层煤层位置的上表面上设置有多个滑轮组件，导向梁上表面上设置的滑轮组件用于对上层煤层中的连接绳进行导向；所述导向梁对应下层煤层位置的下表面上设置有多个滑轮组件，导向梁下表面上设置的滑轮组件用于对下层煤层中的连接绳进行导向。
[0010]如上所述的适用于含断层构造沿空留巷三维物理开采试验系统，优选地，所述滑轮组件包括滑轮与转动轴，所述转动轴固定在导向梁的上表面或者下表面上，所述转动轴的轴线垂直与导向梁的上表面或者下表面；所述滑轮转动设置在所述转动轴上。
[0011]如上所述的适用于含断层构造沿空留巷三维物理开采试验系统，优选地，所述过渡带导向梁与上盘导向梁、下盘导向梁之间均设置有转向件，所述转向件的高度与滑轮中心的高度一致，所述转向件用于供连接绳穿过，以对连接绳进行限位。
[0012]如上所述的适用于含断层构造沿空留巷三维物理开采试验系统，优选地，所述转向件为U型结构，U型结构的转向件倒置安装在导向梁上。
[0013]如上所述的适用于含断层构造沿空留巷三维物理开采试验系统，优选地，所述试验系统还包括端头支架组件，所述端头支架组件包括两个端头支架；所述导向梁的在上盘导向梁与下盘导向梁的外围还设置有延长梁，导向梁两侧的延长梁分别固定在两个端头支架上。
[0014]如上所述的适用于含断层构造沿空留巷三维物理开采试验系统，优选地，所述动力装置设置在所述端头支架上；所述动力装置为绞盘，所述连接绳固定在所述绞盘上，通过绞盘的转动以带动连接绳移动；在端头支架位于导向梁的下方设置有下绞盘，上层煤层中的连接绳绕过延长梁连接到下绞盘上；在端头支架位于导向梁的上方设置有上绞盘，下层煤层中的连接绳连接到上绞盘上。
[0015]如上所述的适用于含断层构造沿空留巷三维物理开采试验系统，优选地，所述试
验系统还包括岩层模型，所述岩层模型包括在煤层的上面与下面分别设置有煤层上部岩层与煤层下部岩层，煤层上部岩层与煤层下部岩层均包括相互独立设置的断层上盘模型与断层下盘模型，在断层上盘模型与断层下盘模型之间形成断层。
有益效果
[0016]1、该试验系统具有端头支架组件、导向梁组件、动力装置和模拟煤层装置，能够真实还原井下工作面过断层开采，模拟煤层装置能够有效模拟煤层的开采，并且不影响滞后工作面部分块体的垮落，有效解决了传统三维开采系统不能模拟含有断层工作面开采的缺点。
[0017]2、该试验系统采用从垂直工作面走向进行抽拉单元块的方式，解决了传统抽条方式从工作面走向抽拉会影响超前应力状态的问题。
[0018]3、该试验系统的模拟煤层组件在绞盘的拉动下能够实现对模拟煤层单元块的抽拉，实现工作面的连续开采，提高效率，减少应力扰动。更加准确的对煤层开采进行模拟。
附图说明
[0019]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。其中：图1为本专利技术一个实施例的模拟煤层装置与导向梁组件安装结构示意图；图2为本专利技术一个实施例的导向梁组件与端头支架组件安装结构示意图；图3为本专利技术一个实施例的下盘煤层开采的过程示意图；图4为本专利技术一个实施例的试验系统的三维示意图；图5为本专利技术一个实施例的夹具的三维示意图；图6为本专利技术一个实施例的夹具的正视图。
[0020]图中：1、端头支架组件，1
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1、导向梁固定结构，1
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2、短型支架构件，1
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3、中型支本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于含断层构造沿空留巷三维物理开采试验系统，其特征在于，所述试验系统包括：模拟煤层装置，所述模拟煤层装置包括煤层，所述煤层包括上盘煤层、下盘煤层与过渡带煤层，所述过渡带煤层过渡连接在上盘煤层与下盘煤层之间，所述过渡带煤层处于模拟断层位置；所述上盘煤层平行与下盘煤层，所述过渡带煤层与上盘煤层、下盘煤层处于不同的平面内；所述煤层均有多个规格一致的单元块组成，相邻两个单元块之间通过第一连接绳连接；在煤层的延伸方向的一侧设置有与煤层延伸方向相同的巷道；导向梁组件，所述导向梁组件位于试验系统的巷道中，所述导向梁组件包括导向梁，所述导向梁包括上盘导向梁、下盘导向梁与过渡带导向梁，所述过渡带导向梁过渡连接在上盘导向梁与下盘导向梁之间；所述上盘导向梁、下盘导向梁与过渡带导向梁上均设置有引导部件，所述引导部件用于对连接在单元块之间的连接绳进行导向，以使单元块在巷道中导向移动；动力装置，所述动力装置与连接绳的端部连接，用于驱动连接绳与单元块移动，使连接绳从垂直煤层工作面走向进行抽拉单元块。2.根据权利要求1所述的适用于含断层构造沿空留巷三维物理开采试验系统，其特征在于，巷道包括断层上盘巷道、断层下盘巷道与断层过渡带巷道；所述上盘导向梁与上盘煤层处于同一平面内，且处于断层上盘巷道中；所述下盘导向梁与下盘煤层处于同一平面内，且处于断层下盘巷道中；所述过渡带导向梁与过渡带煤层处于同一平面内；且处于断层过渡带巷道中；所述引导部件为滑轮组件，所述滑轮组件用于对连接绳进行导向。3.根据权利要求2所述的适用于含断层构造沿空留巷三维物理开采试验系统，其特征在于，所述煤层包括上层煤层与下层煤层，所述上层煤层堆叠在下层煤层上方，且上层煤层与下层煤层相互独立设置；上层煤层与下层煤层均是有规格一致的单元块通过连接绳连接组成。4.根据权利要求3所述的适用于含断层构造沿空留巷三维物理开采试验系统，其特征在于，所述导向梁对应上层煤层位置的上表面上设置有多个滑轮组件，导向梁上表面上设置的滑轮组件用...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨东山，郭志飚，高敬威，赵元欣，储生辉，李宇辉，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：