(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221098475 6.9 (22)申请日 2022.08.17 (71)申请人 齐鲁理工学院 地址 250200 山东省济南市章 丘区经十东 路3028号 (72)发明人 李小双　滕琳　王燕　胡涛　周宇　 陈秋松　谭毅　李猛　李启航　 王佳文　 (74)专利代理 机构 北京东方盛凡知识产权代理 有限公司 1 1562 专利代理师 向离山 (51)Int.Cl. G01N 3/08(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种大厚差煤层开采相似模拟试验装置及 方法 (57)摘要 本发明公开一种大厚差煤层开采相似模拟 试验装置， 包括相似模拟实验台， 液压加载装置， 控制装置及测验分析装置； 相似模拟实验台包括 顶梁， 槽钢， 支 撑柱和底座； 液压加载装置包括轴 向加载组件， 侧向固定组件及动力源； 动力源与 控制装置电性连接； 测验分析装置包括测试组件 及分析组件； 测试组件与分析组件电性连接； 测 试组件预埋于岩层内。 本大厚差煤层开采相似模 拟试验采用模型建立和数值模拟分析相结合的 方法， 从工程力学的角度， 对大厚顶板差煤层围 岩的变形和破坏特征以及地表沉陷规律进行系 统研究， 研究成果为山地采动损害和矿山环境地 质灾害的防护具有重要的现实意 义。 权利要求书1页 说明书6页 附图8页 CN 115356201 A 2022.11.18 CN 115356201 A 1.一种大厚差煤层开采相似模拟试验装置， 其特征在于， 包括： 相似模拟实验台， 液压 加载装置， 控制装置及测验分析装置； 所述相似 模拟实验台包括顶梁(1 1)， 槽钢(12)， 支撑柱(13)和底座(14)； 所述底座(14)上铺设有模拟成型的岩层； 所述岩层周侧固定设置有所述支撑柱(13)， 相邻所述支撑柱(13)之间连接有侧位挡板； 所述侧位挡板可拆卸设置在所述支撑柱(13) 上； 所述岩层周 侧及所述岩层顶部设置有所述液压加载装置； 所述槽钢(12)水平设置有若 干块， 所述槽钢(12)将所述岩层分层包覆， 用于填充及固定所述岩层； 所述支撑柱(13)顶部 固定连接有所述顶梁(1 1)； 所述液压加载装置包括轴向加载组件(2)， 侧向固定组件(3)及动力源(4)； 所述动力 源 (4)与所述控制 装置电性连接； 所述轴向加载组件(2)设置于所述岩层上方； 所述侧向固定 组件(3)安装在所述支撑柱(13)上； 所述轴向加载组件(2)和侧向固定组件(3)均与所述动 力源(4)传动连接； 所述测验分析装置包括测试组件及分析组件； 所述测试组件与分析组件电性连接； 所 述测试组件预埋于所述岩层内。 2.根据权利要求1所述的一种大厚差煤层开采相似模拟试验装置， 其特征在于： 所述轴 向加载组件(2)底部固定连接有方形钢板； 所述轴向加载 组件(2)的姿控调节状态 为竖向调 节及水平调节。 3.根据权利要求1所述的一种大厚差煤层开采相似模拟试验装置， 其特征在于： 所述岩 层包括底板， 上覆岩层和煤层； 所述上覆岩层和煤层上 方均设置有 若干组测试组件。 4.根据权利要求1所述的一种大厚差煤层开采相似模拟试验装置， 其特征在于： 所述侧 位挡板设有四块， 两相对设置的侧 位挡板为刚性合金板， 另两相对设置的侧 位挡板为透明 玻璃板。 5.根据权利要求1所述的一种大厚差煤层开采相似模拟试验装置， 其特征在于： 所述槽 钢(12)两端分别上 下布置两个螺纹孔， 通过螺 栓连接固定在所述支撑柱(13)上。 6.一种大厚差煤层开采相似模拟试验方法， 包括上述权利要求1 ‑5任一项所述的大厚 差煤层开采相似 模拟试验 装置， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1根据大厚差 煤层资料， 选择合 适的相似材 料及配比设计模拟 岩层； S2将岩层内各模拟层材料依次分别放置在槽钢上并压实； 在需检测的模拟层预埋有所 述测试组件； 最上方所述槽钢 上压设有所述方形钢板； 在各所述模拟层内预埋所述测试组 件 S3各所述模拟层晾干到设计要求， 拆除两所述透明玻璃板及一侧槽钢； 并将所述分析 组件的DIC检测散斑正对拆除所述槽钢的一侧； S4铺设其 余所述分析组件， 并控制所述轴向加载组件移动到指定位置； S5施加轴向压力， 模拟井下动态扰动对围岩破裂及岩层变形的影响； S6分析组件通过动态 松弛法分析检测上覆岩层位移变化 规律。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115356201 A 2一种大厚差煤层开采相似模拟试验装 置及方法 技术领域 [0001]本发明涉及相似模拟试验技术领域， 特别是涉及 一种大厚差煤层开采相似模拟试 验装置及方法。 背景技术 [0002]大厚差煤层即媒体硬、 底板软、 顶板软煤层厚度非常不均匀的煤层； 相似模拟研究 是现代矿业工程领域研究中的一个非常重要的手段。 该方法是基于相似三定律， 按一定的 几何、 物理关系， 用模拟替代工程现场原型的一种重要科学研究手段。 对于大厚差煤层， 其 上覆岩层结构特征和工作面顶板超前支承应力分布的复杂性都难于直接在现场 实施观察 作业。 而通过相似模拟试验， 可以直观观测顶板岩层的变形特征和上覆岩层冒落后的结构 特征， 借助试验仪器可 得工作面顶板超前支承应力的变化 规律及顶煤的破碎情况。 发明内容 [0003]本发明的目的是提供一种大厚差煤层开采相似模拟试验装置及方法， 以解决上述 现有技术存在的问题。 [0004]为实现上述目的， 本发明提供了如下方案： 本发明提供一种大厚差煤层开采相似 模拟试验 装置， 包括： 相似 模拟实验台， 液压加载装置， 控制装置及测验分析装置； [0005]所述相似 模拟实验台包括顶梁， 槽钢， 支撑柱和底座； [0006]所述底座上铺设有模拟成型的岩层； 所述岩层周侧固定设置有所述支撑柱， 相邻 所述支撑柱之间连接有侧 位挡板； 所述侧 位挡板可拆卸设置在所述支撑柱上； 所述岩层周 侧及所述岩层顶部设置有所述液压加载装置； 所述槽钢 水平设置有若干块， 所述槽钢将所 述岩层分层包覆， 用于填充及固定所述岩层； 所述支撑柱 顶部固定连接有所述顶梁； [0007]所述液压加载装置包括轴向加载组件， 侧向固定组件及动力源； 所述动力源与所 述控制装置电性连接； 所述轴向加载组件设置于所述岩层上方； 所述侧向固定组件安装在 所述支撑柱上； 所述轴向加载组件和 侧向固定组件均 与所述动力源传动连接； [0008]所述测验分析装置包括测试组件及分析组件； 所述测试组件与分析组件电性连 接； 所述测试组件预埋于所述岩层内。 [0009]所述轴向加载组件底部固定连接有方形钢板； 所述轴向加载组件的姿控调节状态 为竖向调节及水平调节。 [0010]所述岩层包括底板， 上覆岩层和煤层； 所述上覆岩层和煤层上方均设置有若干组 测试组件。 [0011]所述侧位挡板设有四块， 两相对设置 的侧位挡板为刚性合金板， 另两相对设置的 侧位挡板为透明玻璃板 。 [0012]所述槽钢两端分别上 下布置两个螺纹孔， 通过螺 栓连接固定在所述支撑柱上。 [0013]一种大厚差 煤层开采相似 模拟试验方法， 包括以下步骤： [0014]S1根据大厚差 煤层资料， 选择合 适的相似材 料及配比设计模拟 岩层；说　明　书 1/6 页 3 CN 115356201 A 3