一种矿山立体物理模拟煤层开采顶板移动监测方法
【专利摘要】本发明公开一种矿山立体物理模拟煤层开采顶板移动监测方法，包括以下步骤：在相似模拟实验架左侧梁、右侧梁的上部凹槽内前后方向布置三根滑动横梁，通过螺栓紧固滑动横梁；在滑动横梁左右方向固定与数显千分表上端连接的磁吸底座，数显千分表下端通过卡环与套管内监测引线上部出露端连接，监测引线下部出露端与移动圆柱连接，选取不同套管尺寸，确定顶板监测点空间位置；在左侧梁与右侧梁前后面通过螺栓固定横板，在组成的模型材料装填空间中装填不超过出露套管上端部的地质相似体；装填材料风干后拆除前后横板，将数显千分表通过数据传输线与数据采集系统相连，将数显千分表初始数据清零；开采模拟煤层，实时采集顶板三维空间移动变化监测数据。
【专利说明】
一种矿山立体物理模拟煤层开采顶板移动监测方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种矿山相似模拟实验煤层开采顶板监测方法，属于实验监测方法领域，尤其涉及到矿山立体物理模拟煤层开采顶板监测方法。
【背景技术】
[0002]矿山井下开采顶板围岩的稳定直接影响着矿井的安全高效开采，因而对矿山井下煤层开采顶板监测成为指导矿山井下工作面安全开采的重要依据，但受地下工程环境的复杂性及难于现场研究的制约，而通过相似模拟实验可以还原矿山井下煤层开采的监测数据，从而成为了实现矿山井下煤层开采过程的一种重要实验手段。目前，较多矿山相似模拟煤层开采实验，多采用平面物理模型进行模拟，对顶板移动的监测多采用出露平面进行直接监测，相似体内部变化无法监测，难以表征井下煤层实际开采环境。因此，立体物理模拟煤层开采实验以它更接近于现场实际而逐渐发展起来，但另一方面以其难以有较好方法实现煤层开采过程中不同岩层顶板及同一岩层顶板不同位置的移动监测而受到制约。
[0003]基于实现矿山立体物理模拟煤层开采顶板不同垂直、水平位置运动实时监测与精确获取，提出一种矿山立体物理模拟煤层开采顶板移动监测方法，用于精确复原与再现矿山井下煤层开采环境，确定实际矿山井下煤层开采过程中顶板移动特征，为煤层开采工作面围岩控制提供依据与参考。
【发明内容】
[0004]本发明基于矿山立体物理模拟实验煤层开采过程中不同顶板位置移动变化难以精确监测的不足，提出一种矿山立体物理模拟煤层开采顶板移动监测方法，旨在解决矿山立体物理模拟实验煤层开采顶板不同空间位置移动变化的实时监测，实现矿山立体物理模拟煤层开采顶板不同位置移动数据的精确获取。该方法实现了矿山立体物理模拟煤层开采不同垂直、水平位置顶板移动监测的实时追踪与数据精确，能较好地指导现场工程实践。
[0005]为解决上述问题，本发明一种矿山立体物理模拟煤层开采顶板移动监测方法，其采取的技术方案是:在相似模拟实验架左侧梁、右侧梁的上部凹槽内前后方向布置三根滑动横梁，通过螺栓紧固滑动横梁;在滑动横梁左右方向固定与数显千分表上端连接的磁吸底座，数显千分表下端通过卡环与套管内监测引线上部出露端连接，监测引线下部出露端与移动圆柱连接，选取不同套管尺寸，确定顶板监测点空间位置;在左侧梁与右侧梁前后面通过螺栓固定横板，在组成的模型材料装填空间中装填不超过出露套管上端部的地质相似体;装填材料风干后拆除前后横板，将数显千分表通过数据传输线与数据采集系统相连，将数显千分表初始数据清零;开采模拟煤层，实时采集顶板三维空间移动变化监测数据。
[0006]该方法主要包括以下步骤:
步骤一，进行煤岩层相似模拟材料选取与顶板监测点设计，在相似模拟实验架的左侧梁、右侧梁上部凹槽内前后方向设置三根滑动横梁，并依据设计监测点前后方向位置移动滑动横梁，并通过螺栓进行紧固； 步骤二，在三根紧固滑动横梁左右方向分别安装不同间距与数显千分表连接的磁吸底座，数显千分表监测端头通过卡环与套管内监测引线上部出露端连接，监测引线下部出露端与移动圆柱相接；
步骤三，根据设计监测点左右方向位置，移动滑动横梁上的磁吸底座，并进行固定，同时，依据各监测点设计，选取不同长度套管，确定模型监测点垂直方向位置；
步骤四，通过螺栓穿越左侧梁、右侧梁两端螺孔在左侧梁、右侧梁前后面固定横板，在围成的模型材料装填空间中装填地质相似体，装填高度低于出露套管上端部；
步骤五，相似模拟区装填材料风干后，拆除左侧梁、右侧梁前后面紧固的横板，数显千分表通过数据传输线与实时显示监测数据的电脑相连，通过监测软件将数显千分表初始数据清零；
步骤六，开采模拟煤层，实时采集不同空间位置顶板移动监测数据，保存记录并分析数据。
[0007]进一步，在步骤一中，相似模拟实验架由左侧梁、右侧梁、底横梁、拉杆与基座组成。
[0008]进一步，在步骤二中，磁吸底座通过磁铁吸引固定于滑动横梁上，下沉量超过数显千分表最大量程时卡环自动打开。
[0009]进一步，在步骤三中，套管内直径小于监测引线外直径，监测引线可在套管内移动。
[0010]进一步，在步骤四中，横板固定左侧梁、右侧梁同面，模型材料装填空间由左侧梁、右侧梁、底横梁与横板围成，且地质相似体铺装时采用云母分层。
[0011]进一步，在步骤五中，数显千分表清零前的读取数据大于零。
[0012]进一步，在步骤六中，开采煤层为长、宽、高成比例的木条模拟，通过抽取木条模拟煤层开米。
[0013]本发明的优点和有益效果是:本发明通过在矿山立体物理模拟煤层开采实验中相似地质体铺装时埋入顶板移动监测的移动圆柱、监测引线与套管，实现矿山立体物理模拟煤层开采顶板不同位置移动数据的精确获取。该方法实现了矿山立体物理模拟煤层开采顶板三维空间移动变化的实时追踪与精确监测，能较好地指导现场工程实践。
【附图说明】
[0014]图1是实现本发明一种矿山立体物理模拟煤层开采顶板移动监测方法示意图。
[0015]图2是图1的左视图。
[0016]图3是图1的俯视图。
[0017]图中:I为磁吸底座;2为数据传输线;3为卡环;4为监测引线;5为套管;6为左侧梁；7为顶板;8为移动圆柱;9为煤层；10为拉杆；11为数显千分表；12为滑动横梁；13为右侧梁；14为螺孔;15为螺栓;16为横板;17为底横梁;18为基座。
【具体实施方式】
[0018]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的描述。
[0019]本发明提供了一种矿山立体物理模拟煤层开采顶板移动监测方法。
[0020]如图1?3所示，本发明的【具体实施方式】包括如下步骤:
步骤一，进行煤岩层相似模拟材料选取与顶板7监测点位设计，在相似模拟实验架的左侧梁6、右侧梁13上部凹槽内前后方向设置三根滑动横梁12，并依据设计监测点前后方向位置移动滑动横梁12，并通过螺栓15进行紧固；
步骤二，在三根紧固滑动横梁12左右方向分别安装不同间距与数显千分表11连接的磁吸底座I，数显千分表11监测端头通过卡环3与套管5内监测引线4上部出露端连接，监测引线4下部出露端与移动圆柱8相接；
步骤三，根据设计监测点左右方向位置，移动滑动横梁12上的磁吸底座1，并进行固定，同时，依据各监测点设计，选取不同长度套管5，确定模型监测点垂直方向位置；
步骤四，通过螺栓15穿越左侧梁6、右侧梁13两端螺孔14在左侧梁6、右侧梁13前后面固定横板16，在围成的模型材料装填空间中装填地质模拟相似体，装填高度低于出露套管5上端部；
步骤五，相似模拟区装填材料风干后，拆除左侧梁6、右侧梁13前后面紧固的横板16，数显千分表11通过数据传输线2与实时显示监测数据的电脑相连，通过监测软件将数显千分表11初始数据清零；
步骤六，开采模拟煤层9，实时采集不同空间位置顶板7移动监测数据，保存记录与分析数据。
[0021]进一步，在步骤一中，相似模拟实验架由左侧梁6、右侧梁13、底横梁17、拉杆10与基座18组成。
[0022]进一步，在步骤二中，磁吸底座I通过磁铁吸引固定于滑动横梁12上，下沉量超过数显千分表11最大量程时卡环3自动打开。
[0023]进一步，在步骤三中，套管5内直径小于监测引线外直径，监测引线可在套管5内移动。
[0024]进一步，在步骤四中，横板16固定左侧梁6、右侧梁13同面，模型材料装填空间由左侧梁6、右侧梁13、底横梁17与横板16围成，且地质相似体铺装时采用云母分层。
[0025]进一步，在步骤五中，数显千分表11清零前的读取数据大于零。
[0026]进一步，在步骤六中，开采煤层9为长、宽、高成比例的木条模拟，通过抽取木条模拟煤层9开米。
[0027]本发明不仅仅局限于本实施方式的描述，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种矿山立体物理模拟煤层开采顶板移动监测方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一，进行煤岩层相似模拟材料选取与顶板监测点位设计，在相似模拟实验架的左侧梁、右侧梁上部凹槽内前后方向设置三根滑动横梁，并依据设计监测点前后方向位置移动滑动横梁，并通过螺栓进行紧固； 步骤二，在三根紧固滑动横梁左右方向分别安装不同间距与数显千分表连接的磁吸底座，数显千分表监测端头通过卡环与套管内监测引线上部出露端连接，监测引线下部出露端与移动圆柱相接； 步骤三，根据设计监测点左右方向位置，移动滑动横梁上的磁吸底座，并进行固定，同时，依据各监测点设计，选取不同长度套管，确定模型监测点垂直方向位置； 步骤四，通过螺栓穿越左侧梁、右侧梁两端螺孔在左侧梁、右侧梁前后面固定横板，在围成的模型材料装填空间中装填地质相似体，装填高度低于出露套管上端部； 步骤五，相似模拟区装填材料风干后，拆除左侧梁、右侧梁前后面紧固的横板，数显千分表通过数据传输线与实时显示监测数据的电脑相连，通过监测软件将数显千分表初始数据清零； 步骤六，开采模拟煤层，实时采集不同空间位置顶板移动监测数据，保存记录并分析数据。2.根据权利要求1所述的一种矿山立体物理模拟煤层开采顶板移动监测方法，其特征在于，在步骤一中，相似模拟实验架由左侧梁、右侧梁、底横梁、拉杆与基座组成。3.根据权利要求1所述的一种矿山立体物理模拟煤层开采顶板移动监测方法，其特征在于，在步骤二中，磁吸底座通过磁铁吸引固定于滑动横梁上，下沉量超过数显千分表最大量程时卡环自动打开。4.根据权利要求1所述的一种矿山立体物理模拟煤层开采顶板移动监测方法，其特征在于，在步骤三中，套管内直径小于监测引线外直径，监测引线可在套管内移动。5.根据权利要求1所述的一种矿山立体物理模拟煤层开采顶板移动监测方法，其特征在于，在步骤四中，横板固定左侧梁、右侧梁同面，模型材料装填空间由左侧梁、右侧梁、底横梁与横板围成，且地质相似体铺装时采用云母分层。6.根据权利要求1所述的一种矿山立体物理模拟煤层开采顶板移动监测方法，其特征在于，在步骤五中，数显千分表清零前的读取数据大于零。7.根据权利要求1所述的一种矿山立体物理模拟煤层开采顶板移动监测方法，其特征在于，在步骤六中，开采煤层为长、宽、高成比例的木条模拟，通过抽取木条模拟煤层开采。
【文档编号】G01B5/02GK105928440SQ201610491686
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】辛亚军, 安定超, 李梦远, 郭宏, 姬红英
【申请人】河南理工大学