充填开采三维模拟试验装置及方法

摘要

一种充填开采三维模拟试验装置及方法，装置主要由方框形台式试验模型架、仿真充填开采模拟系统、等效加载系统和无线信息采集系统构成；通过充填开采三维模拟试验装置，能真实再现现实条件下模拟综采工作面开采、采空区充填、充填物料压实等具体过程；通过无线信息采集系统能实时监测充填过程中采空区充填体及采煤工作面上覆岩层内的压力、位移的三维变化情况，并利用计算机形象模拟，从而真实的反应充填开采的现场情况。充填开采三维模拟试验装置结构简单，操作方便，试验方法稳定可靠，实用价值高。

主权项

一种充填开采三维模拟试验装置，其特征在于：它包括充填有仿真煤岩层（1）的方框形台式试验模型架，试验模型架的仿真煤层处设有仿真充填开采模拟系统，试验模型架的顶部及前、后、左、右连接有等效加载系统，还包括无线信息采集系统；所述的方框形台式试验模型架包括台式立架（2），台式立架（2）的前、后、左、右侧均设固定在台式立架（2）上的护板（3），台式立架（2）的顶部设有顶部盖板（4），台式立架（2）前、后两侧预开采煤层处设有多块依次排列的矩形油压护板（5）；所述的仿真充填开采模拟系统包括设在仿真煤层处的支撑架（6），支撑架（6）上设有模拟综采充填支架（7），模拟综采充填支架（7）包括推压板（8）、与推压板（8）相连的推压双向油缸Ⅰ（9），推压双向油缸Ⅰ（9）的前部设有固定块（10），推压双向油缸Ⅰ（9）经油管（11）连接有油泵（12），推压板（8）上设有推压调节装置；所述的等效加载系统包括前、后、左、右加载油盒（14、15、16、17）和顶部加载油盒（18），顶部加载油盒（18）设在试验模型架的顶部，每个加载油盒的两侧均设有与油泵（12）相连的油管（11）；所述的无线信息采集系统包括埋设在仿真煤岩层（1）和仿真采空区充填物料（21）内的多个多信息无线传感器（19）、与多信息无线传感器（19）相连的信息处理器（20）；所述的推压调节装置由多个调节压块（13）、纵横向联接在调节压块（13）上的双向推压油缸Ⅱ（22）和调高油缸（23）构成。2．一种利用权利要求1的充填开采三维模拟试验装置进行充填开采三维模拟试验方法，其特征在于包括如下步骤：a．安装方框形台式试验模型架，在方框形台式试验模型架的四周安装前、后、左、右加载油盒（14、15、16、17），在方框形台式试验模型架内由下往上依次铺设仿真煤岩层（1），并在铺设的仿真煤岩层（1）中间隔埋设多个多信息无线传感器（19）；b．在方框形台式试验模型架的顶部安装顶部加载油盒（18）和顶部盖板（4），开启等效加载系统对仿真煤岩层（1）施加载荷；c．待铺设的仿真煤岩层（1）稳定后，拆下台式立架（2）前、后预开采煤层处的第一、第二块油压护板（5），模拟采煤工作面开切眼，然后安装模拟综采充填支架（7），模拟工作面开采1~2刀，对模拟综采充填支架（7）后的采空区充填仿真采空区充填物料（21），并在仿真采空区充填物料（21）内埋设多信息无线传感器（19）；之后将拆下的第一块油压护板（5）安装在仿真采空区充填物料（21）外侧，同时调节校正信息处理器（20）； d．启动油泵（12）的控制开关，首先调节推压双向油缸Ⅰ（9）和固定块（10），固定推压板（8）的位置，然后通过依次推压调节压块（13）前后上下推压仿真采空区充填物料（21）直至密实，在推压过程中，通过信息处理器（20）收集仿真煤岩层（1）和仿真采空区充填物料（21）内的多信息无线传感器（19）的三向位移与两向受力变化数据，并通过计算机将试验数据用三维图像仿真模拟；e．重复步骤c和d的操作，完成预开采煤层整个采煤工作面的开采及不同压力下的采空区充填模拟过程。