一、底板岩体渗透系数测试模拟方法

岩体渗透系数是反映裂隙岩体渗透性能的重要参数，底板岩体渗透性能的改变与底板的破坏情况密切相关。因此，研究底板岩体渗透系数与裂隙大小、注水量、注水段长度和注水压的关系具有重要意义。目前通常采用数值模拟、现场实测等手段来测算渗透系数。由于现场条件复杂且工作量大，而数值模拟在一定程度上不能很好的反映现场情况，因此，在实际中，需要一种装置模拟渗透系数，并探讨渗透系数相关影响因素及关系。

本发明提出了一种底板岩体渗透系数测试模拟方法。

专利优势：

(1)在模拟系统中通过刻度盘准确读出台板倾斜角度，并可通过定位螺栓将台板固定在刻度盘上，进而研究渗透系数与钻孔倾角的关系；

(2)可以通过控制钻孔周围裂隙开关的开启与闭合来模拟钻孔裂隙的有无，裂隙开关开启的大小代表裂隙的大小，进而研究渗透系数与裂隙发育情况的关系。

(3)可以通过旋转注水管两部分螺纹，可以进行注水长度的连续调节，准确进行长度范围内(0.5m-1m)变化，进而研究渗透系数与注水段长度的关系；

(4)可以通过测试探头与钻孔的配合，可以对钻孔进行分段测量，进而研究每一段渗透系数与钻孔总体渗透系数之间的关系；

(5)可以通过注水操作台来控制注水压力，进而研究渗透系数与注水压力之间的关系；

(6)可以通过各裂隙开关上的流量表读数与裂隙大小、注水操作台流量表读数等形成对比，研究在相同压力下，渗透系数与各裂隙之间的关系；

(7)封堵胶囊及卡槽接头可拆卸设计，便于安装组合、维修更换。

二、一种倾斜岩层物理相似模拟试验装置及方法

传统的相似模拟试验装置一般只能进行水平层面的模拟试验。少数可模拟倾斜岩层的相似模拟试验装置，由于机架上部晃动，不受控制，使得重心不稳定，存在稳定性差、危险性大的隐患，经常造成装填模型的倒塌、滑移；而且在模型机架整体转动过程中，可模拟的倾斜角度受限制、不易控制。上述的相似材料模拟试验装置功能单一、能够模拟的岩层条件受限制，不能实现岩层倾角的安全、有效相似模拟试验。因此现有相似模拟试验装置在很大程度上难于适应现阶段复杂地质条件模拟的需要。

针对上述问题，如何改进现有的相似模拟试验装置，使其既能够进行水平岩层的相似模拟，又能够进行具有倾角的岩层模拟；同时又要保证试验装置的平衡稳定性和安全性以及相似模拟试验的效果，满足现阶段地质岩层研究的需要，成为亟待解决的关键问题。

本发明提供一种倾斜岩层物理相似模拟试验的装置并提出利用该装置的方法。

专利优势：

(1)本发明不仅可以进行水平岩层相似模拟试验，还能够满足不同倾斜角度的地质岩层相似模拟试验。在现有技术的物理相似模拟试验装置的基础上，通过外部框架、液压支撑装置和悬吊起重装置多重协调作用，倾斜角度不受装置的限制(0-80°之间)，解决了物理试验平台模型铺填倾斜岩层相似材料的难题，保证了实验模型与工程实际相一致；并且在实施时是进行水平铺填的，使得模型不会滑移、坍塌，实现装置的倾斜效果；同时，保证了铺填过程中模型机架的平衡稳定性，消除了安全隐患。通过角度尺随可倾斜机架的旋转，可准确的显示出机架倾斜的角度，达到试验所要求的倾斜角度目标。因此通过本发明的相似模拟试验装置可适应现阶段复杂地质岩层模拟的需要。

(2)利用上述发明装置及方法铺填的相似模拟模型为不同厚度的层状结构，利用液压加载装置、活动梁实现各层相似模拟材料铺填过程中的受力均匀、等厚度压实，使岩层密实度和厚度达到设计要求，保证了相似模拟试验结果的真实可靠；通过一系列的观察与测量得出相关的技术指标和参数，为地质岩层受到自身地应力、外部压力及扰动等作用下，研究岩层运动规律以及施工过程中采取有效的支护提供科学依据和指导意义，为地质岩层安全施工提供了保障。

(3)本发明的装置结构紧凑、操作安全，铺填相似模拟模型效率快速高效且方法简单可靠，实验测试方便、周期短、便于观察，模拟过程形象直观可控制。可通过悬吊起重装置和液压支撑装置调整机架的倾斜角度，来实现不同倾斜岩层的模拟测试方案，以满足不同倾斜角度岩层的需要，在岩层物理相似模拟试验研究方面具有广泛的实用性，同时具有广泛的工程模拟测试应用前景。

三、一种综放工作面粉尘运动轨迹的数值模拟方法

综放工作面的风速分布影响着风流的分布，风速的大小不同，风流的流动状态也不同，断面风速的分布情况也有所变化，流体的流动状态根据雷诺数的不同而分为层流和紊流两种流态；对于圆形管道而言，当流体的流动状态为层流时，圆管断面的风速分布规律为旋转抛物面；当流体的流动状态为紊流时，由于其流动机制不同于层流，其速度分布和层流有根本的不同，在靠近管轴的大部分区域内，流体质点的横向脉动使流层间进行的动量交换较为强烈，该区域成为紊流核区；在紧贴壁面处由于因壁面限制而脉动消失的层流薄层，流层间的粘滞力使流速急剧下降，速度梯度较大，该薄层称为粘性底层，根据普朗特假设和尼古拉兹实验可知圆形管道断面粘性底层和紊流核区的速度分布函数。

综放工作面为非圆形断面，五十年代初B·H·沃罗宁发表了关于工作面横截面上的风速分布函数，1977年东北工学院通风安全教研室在实验研究基础上修正了B·H·沃罗宁推导的公式，1982年暨朝颂从理论上推导了与B·H·沃罗宁推导的公式不同的工作面风速分布函数，1989年余跃进在以上研究的基础上，分析了以上公式的缺陷，并根据普朗特假设提出了工作面风速分布的L·普朗特公式，上述研究的公式将粘性底层和紊流核区风流风速的计算合为一体，但是不能准确反映工作面粘性底层区风流分布情况.

本发明研究设计的非圆形工作面粘性底层区风速公式是对非圆形工作面风速分布的有效补充，以此为基础的数值模拟方法能够切实反应综放工作面的实际情况。

专利优势：

本发明与现有技术相比，EDEM软件与FLUENT软件耦合能够模拟颗粒尺度的多相流动，这种耦合增强了FLUENT软件模拟多相流的能力，能够包含如颗粒分布、颗粒属性、几何属性和表面力等颗粒的特征，上述多相流属性对颗粒和流体均有明显的影响；该方法实现简便，原理可靠，设计科学，数据精确，成本低廉。

四、一种基于样条曲线的工作面煤层赋存情况精确预测方法

近年来，三维地质建模已引起地质、采矿和岩土工程等领域的广泛关注。在三维地质建模方面国内外已有很多的研究和探索，国内外学者们提出了各种方法构建三维地质模型，对地质体三维建模进行了大量研究与探索，三维地质建模技术取得了突破性进展，取得了大量的研究成果。但是，根据理论分析和煤矿工作面生产实践的需要，目前面向具体某个采煤工作面三维地质建模方法，还存在以下几点关键问题需要解决：

(1)复杂地质构造的工作面建模方法的简便性；(2)整合各类勘探数据和生产中实测的数据进行建模，确保建立的三维地质模型的精确性；(3)实现工作面三维地质模型的后期修改，进行动态建模；(4)工作面复杂地质构造的预测工具的实用性；(5)满足科室及区队一线生产人员对建模及测量软件实用性的要求。目前还没有一种方法能够同时解决以上几点关键问题。

本发明提供一种基于样条曲线的工作面煤层赋存情况精确预测方法。

专利优势：

该方法以采煤工作面运输、回风、开切眼巷道开拓勘探实测数据、钻孔、顶板等高线勘探数据为基础，结合可靠的地质勘探剖面，运用简单易用的SolidWorks建模软件，采用基于导线点的样条曲线插值方法对采煤工作面地质体进行放样三维建模，一方面使得煤层等地质体的三维模型更接近于自然形态，提高了地质体建模的精确度，另一方面，运用简单易学的SolidWorks软件对采煤工作面地质体的建模，可以实现在采煤工作面地质体任意位置、任意方面的剖切与精确测量，结合实际生产中监测数据对模型进一步修正，实现动态建模，不仅能够满足科研学者的研究需求，还可以使得采煤工作面人员能够更加直观、准确的了解工作面煤层、断层等地质构造的赋存情况，指导实际生产，并对生产设计调整与灾害预防提供依据。

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