一种用于模拟煤层开采的模拟系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及矿业工程及岩土工程的综合利用技术领域，尤其涉及一种用于模拟煤层开采的模拟系统。
【背景技术】
[0002]煤炭在我国能源结构中占据主体地位的格局相当长时期内难以改变，与此同时我国煤炭资源的开发与利用所引发的环境问题却日益突出。一方面，我国西部富煤地区多处于干旱和半干旱地带，水资源短缺，同时地表生态脆弱；另一方面，在煤炭开采过程中不可避免产生矿井水，如果处理不当不仅会造成地下水资源的破坏，同时还会造成河川径流量减少、水资源枯竭、土地沙漠化、环境污染、地表塌陷等一系列危害。因此，保护水资源和地表生态环境，是我国西部煤炭资源开发面临的重大课题。
[0003]利用煤矿采空区建造地下水库，实现保水开采是综合利用地下水资源、保护含水层、煤矿安全生产和矿山废弃后地下水源再利用的重大举措。“绿色煤炭”也是国家重大战略问题，将列入国家科技重大专项的重要研究内容。在地下水库设计和建造中，库址与坝址、库容与特征水位、地下水调控与水质过滤净化，都取决于顶底板岩体渗透性能、导水裂隙带和塌落体的渗透系数和储水系数、以及这些参数的动态变化或变异特征与规律。而这些问题又是取决于煤层采动过程中顶底板岩体破损与裂隙发育过程和演化规律、破损岩体塌落方式、范围、堆积型式、块度分布、孔隙大小与分布等物理特征。
[0004]在现场条件下，难以直接观察、观看、准确测试这些物理特征和相关物理力学参数。
[0005]在水岩耦合物理模型试验条件下，如何尽量真实的模拟现场煤层开采方式，从而研究保水开采条件下煤层采动过程中顶底板岩体破损与裂隙发育过程和演化规律、破损岩体塌落方式及扰动岩层渗流特性变化和演化规律对煤矿分布式地下水库相关问题的研究具有重要意义。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种能够对煤层采动过程进行模拟的一种用于模拟煤层开采的模拟系统。
[0007]本实用新型技术方案提供一种用于模拟煤层开采的模拟系统，包括试验箱，在所述试验箱的底部浇筑有相似煤层底板；在所述相似煤层底板上间隔地浇筑有至少两个相似煤柱；在相邻的两个所述相似煤柱之间设置有模拟煤层，所述模拟煤层由多条可被抽取的模拟开米管排列组成；在所述模拟开米管的上方饶筑有至少一层相似岩石层。
[0008]进一步地，在多条所述模拟开采管的上方设置有找平砂层。
[0009]进一步地，所述找平砂层由中细砂组成。
[0010]进一步地，所述模拟煤层包括有至少三排分别朝向两侧的所述相似煤柱延伸的模拟开采管组；三排所述模拟开采管组层叠组合在一起；每排所述模拟开采管组由多条所述模拟开采管组成，并且相邻的两排所述模拟开采管组中的所述模拟开采管交错设置。
[0011]进一步地，所述模拟开采管包括第一模拟开采管和第二模拟开采管，其中所述第一模拟开采管的直径大于所述第二模拟开采管的直径；每排所述模拟开采管组均由多条所述第一模拟开采管和所述第二模拟开采管组成，其中每相邻的两条所述第一模拟开采管之间布置有一条所述第二模拟开采管。
[0012]进一步地，所述模拟开采管包括第一模拟开采管和第二模拟开采管，其中所述第一模拟开采管的直径大于所述第二模拟开采管的直径；所述模拟开采管组包括由多条所述第一模拟开采管组成的第一模拟开采管组和由多条所述第二模拟开采管组成的第二模拟开采管组；其中，每两排相邻的所述第一模拟开采管组之间布置有一排所述第二模拟开采管组。
[0013]进一步地，所述模拟开采管为聚氯乙烯管。
[0014]采用上述技术方案，具有如下有益效果:
[0015]本实用新型通过采用模拟开采管来模拟被开采的模拟煤层，能很好的模拟现场煤层的开采过程。
[0016]将模拟开采管设置为改性的聚氯乙烯管，其具有无毒害、强度高、加工方便等优点，其能够模拟煤层开采，并具有施工简便易行、布置灵活的特点，同时抗压强度高、稳定不易变形、可以带水作业。
[0017]由此，本实用新型提供的模拟系统，能够对煤层采动过程进行模拟，对研究保水开采条件下煤层采动过程中顶底板岩体破损与裂隙发育过程及扰动岩层渗流特性变化和演化规律的研究具有重要意义。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型提供的模拟系统的示意图；
[0019]图2为从一侧的相似煤柱向另一侧的相似煤柱处逐渐匀速抽取模拟开采管的示意图；
[0020]图3为从两条相似煤柱之间的指定位置处同时朝向两条相似煤柱的方向匀速抽取模拟开采管的示意图；
[0021]图4为模拟煤层中的模拟开采管布置示意图。
[0022]附图标记对照表:
[0023]1-试验箱；2_相似煤层底板； 3_相似煤柱；
[0024]4-模拟煤层；5-模拟开米管； 50-模拟开米管组；
[0025]51-第一模拟开采管组；52-第二模拟开采管组；
[0026]53-第一模拟开采管； 54-第二模拟开采管；6_相似岩石层；
[0027]7-找平砂层。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图来进一步说明本实用新型的【具体实施方式】。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
[0029]如图1-3所示，本实用新型一实施例提供的一种用于模拟煤层开采的模拟系统，包括试验箱I。
[0030]在试验箱I的底部浇筑有相似煤层底板2。
[0031]在相似煤层底板2上间隔地浇筑有至少两个相似煤柱3。
[0032]在相邻的两个相似煤柱3之间设置有模拟煤层4，模拟煤层4由多条可被抽取的模拟开采管5排列组成。
[0033]在模拟开采管5的上方饶筑有至少一层相似岩石层6。
[0034]也即是，该模拟系统主要用于模拟现实中煤层开采的水岩耦合模型或水岩耦合模拟系统。水岩耦合是指水和岩石的相互作用。
[0035]该模拟系统包括试验箱1，试验箱I上具有数据收集处理设备(图中未示出)，用于在模拟煤层开采时采集相似煤层底板2、相似煤柱3、模拟煤层4和相似岩石层5的水压、矿压、煤压、变形等等数据，并进行处理，以结合实验数据指导煤层开采。
[0036]在试验箱I的底部浇筑有相似煤层底板2，其与待模拟开采的煤层的底板相似，称之为相似煤层底板。也即是相似煤层底板2以与现实开采的煤层底板以一定相似比例成型，具体可通过使用与现实煤层底板相似的相似材料制作而成。
[0037]在相似煤层底板2上间隔地浇筑有至少两个相似煤柱3，其与待模拟开采的煤层的煤柱相似，称之为相似煤柱。也即是相似煤柱3以与现实开采的煤层中的煤柱以一定相似比例成型，具体可通过使用与现实煤层中的煤柱相似的相似材料制作而成。
[0038]在相邻的两个相似煤柱3之间设置有模拟煤层4，其用于模拟现实开采中的煤层。模拟煤层4由多条模拟开采管5排列组成，模拟开采管5可根据需要被抽取，以模拟煤层开米。
[0039]在模拟煤层4或模拟开米管5的上方饶筑有至少一层相似岩石层6，其与待模拟开采的煤层的上部岩石层相似，称之为相似岩石层。也即是相似岩石层6以与现实开采的煤层上方的岩石层以一定相似比例成型，具体可通过使用与现实煤层上方的岩石层相似的相似材料制作而成。
[0040]本实用新型中所涉及的相似煤层底板2、相似煤柱3及相似岩石层6均为由相似材料制成的结构或构造，由于其分别与现实开采的煤层中的煤层底板、煤柱和岩石层的强度、硬度、结构等相似，因此称之为煤层底板、相似煤柱及相似岩石层。
[0041]上述浇筑顺序为，在相似煤层底板2满足强度要求之后，再浇筑相似煤柱3。在相似煤柱3满足强度要求之后，在布置模拟煤层4，之后在浇筑相似岩石层6。
[0042]在相似岩石层6浇筑完成后，并达到规定强度之后，可以进行煤层模拟开挖。
[0043]具体地，可以如图2所示，按照预设时间间隔，从一侧相似煤柱3开始收取模拟开采管5，然后朝向另一侧相似煤柱3处运输抽取模拟开采管5，以模拟现场煤层开采。
[0044]也可以如图3所示，按照预设时间间隔，从两条相似煤柱3之间的指定位置处同时朝向两条相似煤柱3的方向匀速抽取模拟开采管5。
[0045]上述预设时间，与现实中开挖间隔时间相似，也即是与现实中开挖间隔时间呈一定比例设置预设时间间隔，以满足模拟效果。
[0046]本实用新型提供的模拟系统，通过采用模拟开采管5来模拟被开采的模拟煤层4，能很好的模拟现场煤层的开采过程。可以通过上述数据收集处理设备，采集相似煤层底板
2、相似煤柱3、模拟煤层4和相似岩石层5的水压、矿压、煤压、变形等等数据，并进行处理，以结合实验数据指导煤层开采。
[0047]在水岩耦合物理模型试验条件下，本实用新型提供的模拟系统，能尽量真实的模拟现场煤层开采方式，从而研究保水开采条件下煤层采动过程中顶底板岩体破损与裂隙发育过程和演化规律、破损岩体塌落方式及扰动岩层渗流特性变化和演化规律对煤矿分布式地下水库相关问题的研究具有重要意义。
[0048]本实用新型中抽取模拟开采管