一种煤层开挖三维模拟装置及模拟方法与流程

本技术涉及煤炭开采模拟装置，特别地涉及一种煤层开挖三维模拟装置及模拟方法。

背景技术：

1、相似材料三维模拟实验是通过在实验箱体中按比例铺设与地层相似的材料，对实际地层结构进行仿真模拟的实验方法，采用相似材料三维模拟实验所得的结果具有研究价值。

2、在相似材料三维模拟的煤层开挖实验中，煤层开挖是整个实验的关键所在。目前方法中，一种煤层开挖方法是通过装置人为对煤层进行开挖，但是这种方法存在煤层开挖不准确、不完全以及操作复杂的问题；目前还有一种煤层开挖方法是利用液压装置模拟煤层开挖，将液压装置放置在三维模型中，当模拟煤层时，将液压装置升压，当模拟煤层开挖时，逐步将液压装置卸压，但是这种模拟煤层开挖的方法存在装置、操作复杂，体积大及成本高等问题；此外，还有一种三维固液耦合相似模拟的煤层开挖方法，是通过一种特制水袋及流量监测控制装置实现的，包括特制水袋、导水管、衔接管、流量计、流量控制开关，但是这种模拟煤层开挖的方法在模拟过程中，模拟煤层的整体开挖，不能很好模拟煤层的逐步开采，与煤层的实际开挖情况有差别，不能科学模拟煤层开挖。

3、对于实现相似材料三维模拟的煤层开挖的实验，现有方法均有所不足，所以急需找到一种便捷安全、经济合理，又能科学模拟煤层开挖，保证实验结果准确可靠的煤层开挖方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术实施例的目的在于提供一种煤层开挖三维模拟装置，所述煤层开挖三维模拟装置，可有效地解决上述技术问题。

2、第一方面，本技术提供的煤层开挖三维模拟装置，包括依次铺设的第一模拟地层、模拟煤层以及第二模拟地层；其中，所述模拟煤层包括至少一个排列铺设的隔水袋，所述隔水袋设置有与所述隔水袋连通的第一导水管以及第二导水管。

3、在根据第一方面的可选的实施例中，所述煤层开挖三维模拟装置还包括箱体，所述第一模拟地层、所述模拟煤层以及所述第二模拟地层依次铺设于所述箱体内，所述第一导水管以及所述第二导水管贯穿所述箱体与所述隔水袋连通。需要说明的，在本实施例中，所述煤层开挖三维模拟装置还包括箱体，所述第一模拟地层、所述模拟煤层以及所述第二模拟地层依次铺设于所述箱体内，所述第一导水管以及所述第二导水管贯穿所述箱体与所述隔水袋连通。设置箱体便于实现将所述第一模拟地层、所述模拟煤层以及所述第二模拟地层固定于一个空间内，保证模拟实验的操作更加安全稳定。

4、在根据第一方面的可选的实施例中，所述箱体至少有一个沿着所述第一模拟地层向所述第二模拟地层方向延伸的截面采用透光材料制成。需要说明的，在本实施例中，所述箱体至少有一个沿着所述第一模拟地层向所述第二模拟地层方向延伸的截面采用透光材料制成。便于实验人员可以通过透光材料箱体内实验过程和现象进行观察与记录。

5、在根据第一方面的可选的实施例中，所述隔水袋内填充有可溶性颗粒。需要说明的，在本实施例中，所述隔水袋内填充有可溶性颗粒。通过充满可溶性颗粒的隔水袋模拟实际煤层；根据煤层开挖顺序，通过所述第一导水管依次将水注入隔水袋，使隔水袋中的可溶性颗粒逐步溶解，同时通过所述第二导水管将可溶性颗粒溶解于水后的液体释放，可溶性颗粒的溶解是逐步进行的，与实际采煤机沿工作面倾向由一端向另外一端以一定速度连续切割煤层即煤层是逐步开采相对应，与实际情况更加符合；待第一个隔水袋的溶液释放完后，再向下一个隔水袋中注水溶解，模拟不同的煤层开挖顺序。

6、在根据第一方面的可选的实施例中，所述模拟煤层还包括注水管以及抽水管；所述注水管通过第一衔接管与所述第一导水管连接；所述抽水管通过第二衔接管与所述第二导水管连接。需要说明的，在本实施例中，所述模拟煤层还包括注水管以及抽水管；所述注水管通过第一衔接管与所述第一导水管连接；所述抽水管通过第二衔接管与所述第二导水管连接。通过所述注水管、第一衔接管以及所述第一导水管依次将水注入隔水袋，使隔水袋中的可溶性颗粒逐步溶解，同时通过所述第二导水管、第二衔接管以及抽水管将可溶性颗粒溶解于水后的液体释放，可溶性颗粒的溶解是逐步进行的，与实际采煤机沿工作面倾向由一端向另外一端以一定速度连续切割煤层即煤层是逐步开采相对应，与实际情况更加符合；待第一个隔水袋的溶液释放完后，再向下一个隔水袋中注水溶解，模拟不同的煤层开挖顺序。

7、在根据第一方面的可选的实施例中，所述第一衔接管以及所述第二衔接管上均设置有流量计和流量控制开关。需要说明的，在本实施例中，所述第一衔接管以及所述第二衔接管上均设置有流量计和流量控制开关。设置流量计可有效地记录注水速度以及抽水速度，设置流量控制开关可有效地实施截止、调节、导流、防止逆流等功能。

8、在根据第一方面的可选的实施例中，所述煤层开挖三维模拟装置还包括模拟煤柱，所述模拟煤柱设置于所述第一模拟地层以及所述第二模拟地层之间。需要说明的，在本实施例中，所述煤层开挖三维模拟装置还包括模拟煤柱，所述模拟煤柱设置于所述第一模拟地层以及所述第二模拟地层之间。用于模拟实际采煤过程中留存的起保护作用的煤柱，使得模拟过程更加贴近现实开采。

9、在根据第一方面的可选的实施例中，所述隔水袋设置为长方体结构需要说明的，在本实施例中，所述隔水袋设置为长方体结构。可实现平整地铺设，便于保证模拟煤层的平整度，便于试验数据。

10、第二方面，本技术还提供了一种煤层开挖三维模拟方法，所述煤层开挖三维模拟方法基于上述的煤层开挖三维模拟装置，所述模拟方法包括：

11、铺设所述第一模拟地层，且保持铺设的所述第一模拟地层平直；

12、将所述隔水袋均匀铺设在所述第一模拟地层的上方，形成所述模拟煤层，并将所述第一导水管以及所述第二导水管均与所述隔水袋连通；

13、在所述模拟煤层上方铺设所述第二模拟地层；

14、根据煤层开挖顺序，依次将水通过所述第一导水管注入所述隔水袋，通过所述第二导水管将所述隔水袋的液体释放。

15、在根据第二方面的可选的实施例中，所述第一导水管内的注水速度小于所述第二导水管内液体释放的速度。需要说明的，在本实施例中，所述第一导水管内的注水速度小于所述第二导水管内液体释放的速度。待第一个隔水袋的液体释放完后，再向下一个隔水袋中注水溶解，依次进行；同时观测流量计，利用流量控制开关控制流量，以模拟煤层开挖速度。

16、本技术提供的一种煤层开挖三维模拟装置，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：

17、本技术提供的煤层开挖三维模拟装置，包括依次铺设的第一模拟地层、模拟煤层以及第二模拟地层；其中，所述模拟煤层包括至少一个排列铺设的隔水袋，所述隔水袋设置有与所述隔水袋连通的第一导水管以及第二导水管。本技术提供的煤层开挖三维模拟装置通过设置与所述隔水袋连通的第一导水管以及第二导水管，通过向所述隔水袋进行注水和释放溶液来实现相似材料三维模拟的煤层开挖，此种方法实施中可溶性颗粒的溶解是逐步进行的，与实际采煤机沿工作面由一端向另外一端以一定速度连续切割煤层即煤层是逐步开采相对应；另外，此模拟装置操作简单、经济合理，此模拟装置与实际煤层开挖情况更符合，更科学，其所得实验结果与其它方法相比也更加准确可靠。

18、本技术提供的煤层开挖三维模拟方法由于基于上述的煤层开挖三维模拟装置，因此也具备有上述的有益效果。