软岩地层留煤柱采空区巷道变形破坏的模型试验系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种软岩地层留煤柱采空区巷道变形破坏的模型试验系统及方法，涉及巷道变形破坏模拟试验技术领域。本发明专利技术根据煤矿工作面的实际参数与模型试验系统的尺寸确定相似比尺，建立与现场工程情况相同的留煤柱采空区巷道变形破坏模型，留煤柱采空区巷道变形破坏模型内等效设置有与现场情况相同的模拟巷道和采空区，模拟巷道上预制有切缝，利用模型试验系统对试验模型进行应力加载，观察应力加载过程中巷道模型的变形破坏情况和收敛规律，获取试验模型的围岩变形规律和围岩应力演化规律，分析切缝对于巷道的保护效果。本发明专利技术直观地揭示了软岩动压巷道的变形破坏机理，有利于指导控制软岩动压巷道的变形，提高煤矿的开采效率。采效率。采效率。

【技术实现步骤摘要】
软岩地层留煤柱采空区巷道变形破坏的模型试验系统及方法


[0001]本专利技术涉及巷道变形破坏模拟试验
，具体涉及软岩地层留煤柱采空区巷道变形破坏的模型试验系统及方法。

技术介绍

[0002]迄今为止，煤炭作为主体能源对于促进我国国民经济发展已经起到了非常巨大的作用，我国经济发展在未来一段时间内依旧会在较大程度上依赖煤炭资源。我国煤炭资源主要赋存于东部、中部和西北部地区，但中东部地区的煤炭产量日益衰减，而西北部地区煤炭资源储量丰富，具有很大的开采潜力。西北部地区的煤炭资源主要赋存条件为弱胶结软岩地层，煤层顶底板以泥岩和砂质泥岩为主，物理力学性能较差，受煤层开采动压的影响巷道极易发生变形破坏，支护结构失效，影响工作面的正常推进和皮带的正常运转，直接影响煤矿的开采效率；同时，巷道破坏后需要不断返修、进行二次甚至三次支护，更增加了煤矿的生产成本。
[0003]国内外众多专家学者对于动压巷道的强烈变形破坏进行了大量的工作，通过研究动压巷道变形破坏机理，得到了多种研究成果，提出了多种巷道的变形破坏和稳定性控制理论，成效显著。但是，相关研究并没本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种软岩地层留煤柱采空区巷道变形破坏的模型试验系统，其特征在于，包括模型试验台、应力加载系统、测量数据采集系统和控制系统；所述模型试验台是由前侧板、后承压板、上承压板、下承压板、左承压板和右承压板围成内部中空的长方体结构，模型试验台内部设置有试验模型，试验模型内设置有巷道模型、新采空区模型和老采空区模型；所述测量数据采集系统设置于模型试验台内部，包括土压力盒、单点位移计、摄像机和微型收敛位移计，土压力盒和单点位移计均设置于巷道模型外部，摄像机和微型收敛位移计均设置于巷道模型内部；所述应力加载系统包括千斤顶和加载板，加载板分别设置于试验模型与模型试验台的后承压板、上承压板、下承压板、左承压板和右承压板之间，加载板与试验模型相紧贴，加载板上设置有多个千斤顶，千斤顶呈阵列分布，一端与加载板相连接，另一端与模型试验台相连接；所述控制系统分别与应力加载装置和测量数据采集系统相连接。2.根据权利要求1所述的一种软岩地层留煤柱采空区巷道变形破坏的模型试验系统，其特征在于，所述后承压板、上承压板、下承压板、左承压板和右承压板均由多块方形厚板与横向支板、纵向支板正交焊接而成，下承压板分别与左承压板、右承压板和后承压板焊接连接，上承压板与左承压板、右承压板、前侧板和后承压板之间均采用螺栓连接，前侧板与上承压板、下承压板、左承压板和右承压板之间均采用螺栓连接。3.根据权利要求1所述的一种软岩地层留煤柱采空区巷道变形破坏的模型试验系统，其特征在于，所述加载板上设置有引线孔。4.一种软岩地层留煤柱采空区巷道变形破坏的模型试验方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的模型试验系统，具体包括以下步骤：步骤1，根据煤矿的工作面参数，得到实际巷道的结构参数、地质力学信息、采空区设计参数和巷道支护设计参数，结合模型试验台的尺寸计算相似比尺，确定留煤柱采空区巷道变形破坏模型的模型参数，得到巷道模型、新采空区模型、老采空区模型和切缝模型的结构参数以及巷道模型支护参数；步骤2，根据煤矿工作面所处岩层的原岩力学参数，结合相似比尺，确定模型试验填料的组成成分和配比，制备模型试验填料；步骤3，根据巷道模型结构参数和巷道模型支护参数，制备巷道模型，具体包括以下步骤：步骤3.1，根据巷道模型的结构参数，确定巷道模型的断面尺寸，将模拟试验台的宽度作为巷道模型的轴向长度，结合巷道模型的断面尺寸和轴向长度，利用速凝石膏制作内部中空的巷道模型本体；步骤3.2，将分隔钢板分别沿巷道模型本体的竖直中心线和水平中心线插入巷道模型本体内部，再将多根支撑柱插入巷道模型本体内部，支撑柱的轴向方向与巷道模型本体的轴向方向一致，支撑柱与巷道模型本体内壁之间的空隙内充填砂浆，分隔钢板和支撑柱上均设置有多个穿线孔，穿线孔中固定有牵引线；步骤3.3，在巷道模型本体外壁上包裹多层保鲜膜，各层保鲜膜之间涂抹润滑油，在巷道模型本体外壁上均匀涂抹石膏后，将钢丝网套紧套于巷道模型本体外壁，结合巷道模型
支护参数，根据锚杆模型和锚索模型的间排距，在定位板上预设锚杆孔，将定位板固定于巷道模型本体外壁后，利用锚固剂将锚杆模型和锚索模型固定于锚杆孔内，锚杆模型和锚索模型表面均设置有左旋螺纹；步骤3.4，将快硬石膏均匀涂抹在铁丝网套上，当巷道模型本体外壁上的石膏层厚度达到2cm时，停止涂抹快硬石膏，对巷道模型本体外壁进行刮平处理，制得巷道模型；步骤4，根据新采空区模型的结构参数和老采空区模型的结构参数，分别制备新采空区模型和老采空区模型；步骤5，根据切缝模型的结构参数，制作切缝模型，切缝模型由两块表面光滑的铝板和夹于两块铝板之间的多根钢丝组成，钢丝表面均匀涂抹有润滑油，两块铝板边缘处通过可拆卸的固定夹相固定；步骤6，根据巷道模型结构参数在巷道模型内选取多个监测断面，确定各监测断面的位置，分别针对各监测断面安装土压力盒和单点位移计，将各土压力盒和单点位移计与控制系统相连接；步骤7，拆除上承压板，向模型试验台内充填模型试验填料，当模型试验填料充填至设定高度时，根据留煤...

【专利技术属性】
技术研发人员：李惠，李廷春，李春平，吕玉广，管彦太，赵宝相，刘汉慈，王永宝，朱庆文，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：