本发明专利技术公开了一种用于模拟煤层开采的模拟系统，包括试验箱，在试验箱的底部浇筑有与待模拟开采的煤层的底板相似的相似煤层底板；在相似煤层底板上间隔地浇筑有至少两个与待模拟开采的煤层的煤柱相似的相似煤柱；在相邻的两个相似煤柱之间设置有模拟煤层，模拟煤层由多条可被抽取的模拟开采管排列组成；在模拟开采管的上方浇筑有至少一层与待模拟开采的煤层的上部岩石层相似的相似岩石层。本发明专利技术还公开了一种模拟试验方法。本发明专利技术提供的模拟系统及模拟试验方法，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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及矿业工程及岩土工程的综合利用
，尤其涉及。
技术介绍
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。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。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。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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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与待模拟开采的所述煤层的底板相似的相似煤层底板；在所述相似煤层底板上间隔地浇筑有至少两个与待模拟开采的所述煤层的煤柱相似的相似煤柱；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采管排列组成；在所述模拟开采管的上方浇筑有至少一层与待模拟开采的所述煤层的上部岩石层相似的相似岩石层。进一步地，在多条所述模拟开采管的上方设置有找平砂层。进一步地，所述找平砂层由中细砂组成。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。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。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。进一步地，所述模拟开采管为聚氯乙烯管。进一步地，在所述模拟开采管的上方浇筑有多层所述相似岩石层。本专利技术技术方案还提供一种采用模拟系统来模拟煤层开采的模拟试验方法，包括如下步骤:步骤1:在试验箱的底部浇筑与待模拟开采的所述煤层的底板相似的相似煤层底板；步骤2:在所述相似煤层底板上浇筑至少两个间隔设置的与待模拟开采的所述煤层的煤柱相似的相似煤柱；步骤3:在所述相似煤层底板和所述相似煤柱满足强度要求后，在相邻的两条所述相似煤柱之间布置模拟煤层，所述模拟煤层由多条可被抽取的模拟开采管排列组成；步骤4:在所述模拟开采管的上方浇筑至少一层与待模拟开采的所述煤层的上部岩石层相似的相似岩石层；步骤5:在所述相似岩石层满足强度要求后，按照预设时间间隔匀速抽动所述模拟开采管，模拟现场煤层的开采。进一步地，在所述步骤2中还包括如下步骤:步骤21:在多条所述模拟开采管上布置找平砂层，在将多条所述模拟开采管堆砌成型后的上表面通过所述找平砂层找平之后，再进行所述步骤3的操作。进一步地，所述步骤5中的所述模拟开采管被以如下方式抽取:从一侧的所述相似煤柱处朝向另一侧的所述相似煤柱处匀速抽取所述模拟开采管。进一步地，所述步骤5中的所述模拟开采管被以如下方式抽取:从两条所述相似煤柱之间的指定位置处同时朝向两条所述相似煤柱的方向匀速抽取所述模拟开采管。进一步地，在所述步骤5中还包括如下步骤:步骤51:在相邻的所述相似煤柱之间布置有至少三排模拟开采管组，将至少三排所述模拟开采管组层叠组合在一起以形成所述模拟煤层；其中，每排所述模拟开采管组由多条所述模拟开采管组成，并且将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。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；其中在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。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，在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。进一步地，所述模拟开采管为聚氯乙烯管。进一步地，在所述模拟开采管的上方浇筑有多层所述相似岩石层。进一步地，还包括步骤6:在模拟现场煤层的开采时，通过与所述试验箱电连接的数据收集处理设备收集所述相似煤层底板、相似煤柱、模拟煤层和相似岩石层的水压、煤压及变形数据，并对收集到的所述数据进行处理。采用上述技术方案，具有如下有益效果:本专利技术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。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。由此，本专利技术提供的模拟系统及模拟试验方法，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。<当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于模拟煤层开采的模拟系统，其特征在于，包括试验箱，在所述试验箱的底部浇筑有与待模拟开采的所述煤层的底板相似的相似煤层底板；在所述相似煤层底板上间隔地浇筑有至少两个与待模拟开采的所述煤层的煤柱相似的相似煤柱；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采管排列组成；在所述模拟开采管的上方浇筑有至少一层与待模拟开采的所述煤层的上部岩石层相似的相似岩石层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓丽，王恩志，董斌琦，黄维，
申请(专利权)人：中国神华能源股份有限公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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