專(zhuān)利名稱(chēng)：一種橡膠液力袋模擬煤層開(kāi)采方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種橡膠液力袋模擬煤層開(kāi)采方法。
背景技術(shù)：
為研究有用礦物采出后受采動(dòng)影響巖體的變形、移動(dòng)和破壞規(guī)律，常采用相似比 一定的相似模擬試驗(yàn)于試驗(yàn)室對(duì)其進(jìn)行定性分析。在試驗(yàn)室中，模擬煤層開(kāi)采有一定的局 限性，特別是在模擬煤層重復(fù)開(kāi)采時(shí)，多種外界影響因素會(huì)破壞巖體移動(dòng)變形規(guī)律。通過(guò)調(diào) 查發(fā)現(xiàn)，曾有人用鋸條、木板、電鉆等來(lái)模擬煤層開(kāi)采，容易造成采空區(qū)上覆巖層移動(dòng)變形 規(guī)律失真(與相關(guān)理論不相符)、試驗(yàn)?zāi)Ｐ涂逅痊F(xiàn)象，不僅造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失，還浪費(fèi) 了試驗(yàn)人員的大量時(shí)間。雖然相似模擬試驗(yàn)是研究礦山壓力的一種有效方法，但現(xiàn)今在模 擬煤層開(kāi)采時(shí)幾乎還是以前的老辦法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種橡膠液力袋模擬煤層開(kāi)采方法，能夠更好地模擬煤層的開(kāi)采，從 而更好地掌握煤層開(kāi)采前后的壓力變化。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種橡膠液力袋模擬煤層開(kāi) 采方法，用膠管將橡膠袋液力袋、壓力表、單向閥、泵站、球閥連在一起，組建一個(gè)密閉的橡 膠液力袋模擬煤層開(kāi)采系統(tǒng)，具體包括以下步驟
(1)根據(jù)煤質(zhì)屬性及相似比，配制一定濃度的液體，并檢查液體流通管路是否泄漏；
(2)在把橡膠袋液力袋放到模型架上之前，先充入一定量的液體，確保橡膠袋液力中無(wú) 空氣殘留；然后將一組橡膠液力袋水平設(shè)置在模型架上，打開(kāi)進(jìn)口開(kāi)關(guān)，依次充入液體，并 確保橡膠袋液力袋的上表面在一個(gè)水平面上；
(3)在橡膠袋液力袋上依次鋪設(shè)性質(zhì)不同的巖層，完成相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ停淮Ｐ土栏珊螅?對(duì)其進(jìn)行開(kāi)挖，即開(kāi)采煤層；根據(jù)試驗(yàn)人員設(shè)計(jì)要求，打開(kāi)球閥，放出橡膠袋液力袋中的液 體，然后觀(guān)察不同情況下的巖層移動(dòng)變形規(guī)律及壓力表讀數(shù)，并做下記錄；
(4)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，繪制壓力表壓力變化曲線(xiàn)，能間接反映出在開(kāi)采過(guò)程中未采 煤層中的壓力變化；若要進(jìn)行分層開(kāi)采，可以依據(jù)開(kāi)采量進(jìn)行放液，研究重復(fù)開(kāi)采對(duì)巖層移 動(dòng)變形規(guī)律的影響。所述的橡膠液力袋所能承受的壓強(qiáng)大于等于0 2.5) yH/ C1，其中γ為模型中 上覆巖層的平均容重，H為煤層埋藏深度，C1為模擬試驗(yàn)的幾何相似比；橡膠液力袋的長(zhǎng)度 等于模型架的寬度，橡膠液力袋的寬度等于模擬煤層開(kāi)采過(guò)程中每次推進(jìn)的距離；為限制 橡膠袋上、下表面變形，將橡膠袋放到一個(gè)寬度相同、高度略大于煤層開(kāi)采厚度的雙層布袋 中，然后在雙層布袋的布層間對(duì)應(yīng)于橡膠袋上、下表面各放一個(gè)1毫米厚的不銹鋼板，在充 滿(mǎn)液體的情況下，其變形量不大于1毫米。所述的橡膠液力袋包含三種，即高壓強(qiáng)橡膠液力袋、中等壓強(qiáng)橡膠液力袋、低壓強(qiáng) 橡膠液力袋，并根據(jù)不同強(qiáng)度的橡膠液力袋需配置強(qiáng)度不同的雙層布袋。
所述的雙層布袋采用抗拉、抗腐蝕的布袋。本發(fā)明用充滿(mǎn)液體且具有一定壓力的橡膠袋來(lái)模擬煤層。根據(jù)所采煤層尺寸及試 驗(yàn)人員每次開(kāi)采進(jìn)度，將充滿(mǎn)液體、大小相同的橡膠袋平放到模型架上，使其上表面在一個(gè) 水平面上，然后再依次鋪上上覆巖層。每個(gè)橡膠袋上都有一個(gè)進(jìn)出水口及一個(gè)壓力表，要開(kāi) 采煤層時(shí)，只需依次打開(kāi)橡膠袋，在橡膠袋的收縮力作用下，液體流出，根據(jù)壓力表的讀數(shù)， 可掌握煤層開(kāi)采前后的壓力變化。另外，可以根據(jù)煤層開(kāi)采厚度，限制液體的流出量，進(jìn)而 實(shí)現(xiàn)煤層的分層開(kāi)采。本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單方便，可以節(jié)省試驗(yàn)人員大量時(shí)間，提高了工作效率。經(jīng)過(guò)樣品 試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果非常理想，避免了多種影響因素。


圖1為本發(fā)明的液壓回路圖； 圖2為橡膠液力袋的主視圖； 圖3為橡膠液力袋的左視圖； 圖4為橡膠液力袋的俯視圖。
具體實(shí)施例方式一種橡膠液力袋模擬煤層開(kāi)采方法，使用了橡膠液力袋模擬煤層開(kāi)采裝置，如圖 1 一 4所示，該裝置包括模型架，模型架上水平設(shè)置一組橡膠液力袋3，橡膠液力袋3的上面 鋪設(shè)上覆巖層；每個(gè)橡膠液力袋3上均設(shè)有進(jìn)液口 8和出液口 9，橡膠液力袋3的進(jìn)液口 8 通過(guò)管道依次連接單向閥5、擴(kuò)展快速開(kāi)關(guān)1、泵6、液體箱7，橡膠液力袋3的出液口 9通過(guò) 管道依次連接球閥2和儲(chǔ)液箱。橡膠液力袋3與單向閥5之間的管道上設(shè)有壓力表4。橡 膠液力袋3為長(zhǎng)方形的雙層布袋結(jié)構(gòu)，橡膠液力袋3的一側(cè)伸出設(shè)有帶進(jìn)液口 8的進(jìn)液管 道10和帶出液口 9的出液管道11。橡膠液力袋3的四個(gè)角以及分別與進(jìn)液管道10、出液 管道11的連接處均設(shè)置為弧形結(jié)構(gòu)。擴(kuò)展快速開(kāi)關(guān)為包括一個(gè)入口開(kāi)關(guān)和多個(gè)出口開(kāi)關(guān)， 擴(kuò)展快速開(kāi)關(guān)1的進(jìn)液口通過(guò)管道與泵6連接，擴(kuò)展快速開(kāi)關(guān)1的出液口分別通過(guò)管道與 一組橡膠液力袋3連通，擴(kuò)展快速開(kāi)關(guān)1通過(guò)管道與儲(chǔ)液箱連通。擴(kuò)展快速開(kāi)關(guān)1設(shè)計(jì)有 擴(kuò)展接口，可以根據(jù)煤層開(kāi)采尺寸控制橡膠液力袋的數(shù)量；在使用時(shí)，先打開(kāi)連通液體箱的 開(kāi)關(guān)，關(guān)閉連通單向閥(打開(kāi)單向閥的壓力很小)的開(kāi)關(guān)，然后向橡膠液力袋充入液體時(shí)，打 開(kāi)連通單向閥的開(kāi)關(guān)，關(guān)閉連通液體箱的開(kāi)關(guān)，當(dāng)橡膠液力袋充滿(mǎn)后，打開(kāi)連通液體箱的開(kāi) 關(guān)，再關(guān)閉連通單向閥的開(kāi)關(guān)。圖1中①、②、③、④、⑤、⑥、⑦均為橡膠液力袋標(biāo)號(hào)。為了能實(shí)現(xiàn)較好的效果，用特殊材料加工而成的橡膠袋具有一定的形狀且厚度很 小，能承受一定的壓力，根據(jù)理論研究，橡膠液力袋所承受的壓強(qiáng)不小于0 2. 5) yH/Ci; 其中Y為模型中上覆巖層的平均容重，H為煤層埋藏深度，C1為模擬試驗(yàn)的幾何相似比。液 力橡膠袋的長(zhǎng)度等于模型架的寬度，其寬度等于模擬煤層開(kāi)采過(guò)程中每次推進(jìn)的距離。模 擬煤層開(kāi)采不是一下把煤層開(kāi)采完的，而是分段開(kāi)采的，以便于研究煤層開(kāi)采對(duì)上覆巖層 的影響，所以液力袋的寬度等于模擬煤層開(kāi)采過(guò)程中每次推進(jìn)的距離。為限制橡膠袋上下 表面變形，將橡膠袋放到一個(gè)寬度相同高度略大于煤層開(kāi)采厚度的雙層布袋中，然后在布 層間對(duì)應(yīng)于橡膠袋上下表面各放一個(gè)1毫米厚的不銹鋼板，在充滿(mǎn)液體的情況下，其變形量不大于1毫米。雙層布袋要能承受一定的拉力，并具有一定的抗腐蝕性。橡膠液力袋是 模擬煤層開(kāi)采成敗的關(guān)鍵，不同的采礦地質(zhì)條件要求橡膠液力袋承受不同的壓強(qiáng)，為試驗(yàn) 簡(jiǎn)單方便，將橡膠液力袋分為三類(lèi)來(lái)加工，即高壓強(qiáng)橡膠液力袋、中等壓強(qiáng)橡膠液力袋、低 壓強(qiáng)橡膠液力袋。不同強(qiáng)度的橡膠液力袋需配置強(qiáng)度不同的雙層布袋。
為實(shí)現(xiàn)橡膠液力袋模擬煤層開(kāi)采，用一定強(qiáng)度的膠管將橡膠袋液力袋、壓力表、單 向閥、泵站、球閥連在一起，組建一個(gè)橡膠液力袋模擬煤層開(kāi)采系統(tǒng)。對(duì)于該系統(tǒng)，一定要杜 絕管路泄漏。一旦泄漏將導(dǎo)致橡膠液力袋中液力壓力的降低，引起上覆巖層錯(cuò)動(dòng)，造成整個(gè) 試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷氖?。在進(jìn)行試驗(yàn)前，務(wù)必檢驗(yàn)橡膠液力袋、單向閥、壓力表、球閥等連接處的泄 漏問(wèn)題。那么該系統(tǒng)的具體操作步驟如下
(1)根據(jù)煤質(zhì)屬性及相似比，配制一定濃度的液體。接通電源，檢查液體流通管路是否 泄漏；
(2)在把橡膠袋放到模型架上之前，先充入一定量的液體，確保橡膠袋中無(wú)空氣殘留。 然后，打開(kāi)進(jìn)口開(kāi)關(guān)，依次充入液體，并確保橡膠袋的上表面在一個(gè)水平面上；
(3)在橡膠水袋上依次鋪設(shè)性質(zhì)不同的巖層，完成相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀４Ｐ土栏珊?，?duì)其 進(jìn)行開(kāi)挖，即開(kāi)采煤層。根據(jù)試驗(yàn)人員設(shè)計(jì)要求，打開(kāi)球閥，放出橡膠水袋中的液體，然后觀(guān) 察不同情況下的巖層移動(dòng)變形規(guī)律及壓力表讀數(shù)，并做下記錄；
(4)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，繪制壓力表壓力變化曲線(xiàn)，能間接反映出在開(kāi)采過(guò)程中未采 煤層中的壓力變化。若要進(jìn)行分層開(kāi)采，可以依據(jù)開(kāi)采量進(jìn)行放液，研究重復(fù)開(kāi)采對(duì)巖層移 動(dòng)變形規(guī)律的影響。
權(quán)利要求
1.一種橡膠液力袋模擬煤層開(kāi)采方法，其特征在于用膠管將橡膠袋液力袋、壓力表、 單向閥、泵站、球閥連在一起，組建一個(gè)密閉的橡膠液力袋模擬煤層開(kāi)采系統(tǒng)，具體包括以 下步驟(1)根據(jù)煤質(zhì)屬性及相似比，配制一定濃度的液體，并檢查液體流通管路是否泄漏；(2)在把橡膠袋液力袋放到模型架上之前，先充入一定量的液體，確保橡膠袋液力中無(wú) 空氣殘留；然后將一組橡膠液力袋水平設(shè)置在模型架上，打開(kāi)進(jìn)口開(kāi)關(guān)，依次充入液體，并 確保橡膠袋液力袋的上表面在一個(gè)水平面上；(3)在橡膠袋液力袋上依次鋪設(shè)性質(zhì)不同的巖層，完成相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ?；待模型晾干后?對(duì)其進(jìn)行開(kāi)挖，即開(kāi)采煤層；根據(jù)試驗(yàn)人員設(shè)計(jì)要求，打開(kāi)球閥，放出橡膠袋液力袋中的液 體，然后觀(guān)察不同情況下的巖層移動(dòng)變形規(guī)律及壓力表讀數(shù)，并做下記錄；(4)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，繪制壓力表壓力變化曲線(xiàn)，能間接反映出在開(kāi)采過(guò)程中未采 煤層中的壓力變化；若要進(jìn)行分層開(kāi)采，可以依據(jù)開(kāi)采量進(jìn)行放液，研究重復(fù)開(kāi)采對(duì)巖層移 動(dòng)變形規(guī)律的影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橡膠液力袋模擬煤層開(kāi)采方法，其特征在于所述的橡膠液 力袋所能承受的壓強(qiáng)大于等于0 2.5) YH/ C1，其中γ為模型中上覆巖層的平均容重， H為煤層埋藏深度，C1為模擬試驗(yàn)的幾何相似比；橡膠液力袋的長(zhǎng)度等于模型架的寬度，橡 膠液力袋的寬度等于模擬煤層開(kāi)采過(guò)程中每次推進(jìn)的距離；為限制橡膠袋上、下表面變形， 將橡膠袋放到一個(gè)寬度相同、高度略大于煤層開(kāi)采厚度的雙層布袋中，然后在雙層布袋的 布層間對(duì)應(yīng)于橡膠袋上、下表面各放一個(gè)1毫米厚的不銹鋼板，在充滿(mǎn)液體的情況下，其變 形量不大于1毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一條所述的橡膠液力袋模擬煤層開(kāi)采方法，其特征在于所 述的橡膠液力袋包含三種，即高壓強(qiáng)橡膠液力袋、中等壓強(qiáng)橡膠液力袋、低壓強(qiáng)橡膠液力 袋，并根據(jù)不同強(qiáng)度的橡膠液力袋需配置強(qiáng)度不同的雙層布袋。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的橡膠液力袋模擬煤層開(kāi)采方法，其特征在于所述的雙層布 袋采用抗拉、抗腐蝕的布袋。
全文摘要
一種橡膠液力袋模擬煤層開(kāi)采方法，用膠管將橡膠袋液力袋、壓力表、單向閥、泵站、球閥連在一起形成密閉的橡膠液力袋模擬煤層開(kāi)采系統(tǒng)，首先配制一定濃度的液體，并檢查液體流通管路是否泄漏；橡膠袋液力袋先充入液體，確保無(wú)空氣殘留；將一組橡膠液力袋水平設(shè)置在模型架上，依次充入液體；在橡膠袋液力袋上依次鋪設(shè)性質(zhì)不同的巖層；待模型晾干后，對(duì)其進(jìn)行開(kāi)挖；打開(kāi)球閥，放出橡膠袋液力袋中的液體，觀(guān)察巖層移動(dòng)變形規(guī)律及壓力表讀數(shù)并記錄；繪制壓力表壓力變化曲線(xiàn)；若要進(jìn)行分層開(kāi)采，可以依據(jù)開(kāi)采量進(jìn)行放液。本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單方便，可以節(jié)省試驗(yàn)人員大量時(shí)間，提高了工作效率。經(jīng)過(guò)樣品試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果非常理想，避免了多種影響因素。
文檔編號(hào)E21C41/18GK102121384SQ20111000630
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2011年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月13日
發(fā)明者吳建幫, 孟武峰, 尹士獻(xiàn), 楊志良, 王耕耀, 趙忠明 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)