一种平面相似模拟实验中的煤层的开挖方法

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。

技术实现要素：

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：

1、本发明煤层材料采用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；

2、本发明开挖方法将泡沫板与相似材料间隔铺设，解决了中岩层下沉内外不均匀和不同步的问题，避免单独使用泡沫板造成“未采先沉”的问题，增加模拟实验结构的稳定性和可靠性，保证实验效果。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明煤层结构模拟示意图；

图2是本发明煤层结构模拟示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种平面相似模拟实验中的煤层的开挖方法，如图1、图2所示，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，泡沫板为eps泡沫材料，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。

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。

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，泡沫板之间和泡沫板外侧的模拟煤层均用相似材料铺设，泡沫板的宽度为10～20cm，长度为模型架宽度，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；

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，胶水选用pvc-u速干型排水胶；

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。

本发明开挖方法采用相似材料间隔铺设承担了上部压力，解决了传统的只使用泡沫板作为煤层，泡沫板无法承受上部岩层的压力和开挖过程中岩层下沉内外不均匀、不同步的问题，利用pvc排水胶溶解泡沫板模拟煤层开挖，泡沫板遇排水胶快速溶解，提高了模拟实验开挖工作效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

技术特征：

1.一种平面相似模拟实验中的煤层的开挖方法，其特征在于，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。

2.根据权利要求1所述的一种平面相似模拟实验中的煤层的开挖方法，其特征在于，所述泡沫板为eps泡沫材料。

3.根据权利要求1所述的一种平面相似模拟实验中的煤层的开挖方法，其特征在于，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的配合比混合配制而成。

4.根据权利要求3所述的一种平面相似模拟实验中的煤层的开挖方法，其特征在于，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。

5.根据权利要求4所述的一种平面相似模拟实验中的煤层的开挖方法，其特征在于，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。

6.根据权利要求5所述的一种平面相似模拟实验中的煤层的开挖方法，其特征在于，所述泡沫板的宽度为10～20cm，长度为模型架宽度。

7.根据权利要求5所述的一种平面相似模拟实验中的煤层的开挖方法，其特征在于，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。

8.根据权利要求1所述的一种平面相似模拟实验中的煤层的开挖方法，其特征在于，所述胶水选用pvc-u速干型排水胶。

9.根据权利要求7所述的一种平面相似模拟实验中的煤层的开挖方法，其特征在于，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。

技术总结
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。

技术研发人员：徐良骥;张坤;付俊;徐阳;刘昊
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：2021.04.09
技术公布日：2021.07.02