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一种基于钻孔窥视仪的采煤与地表沉降模拟试验教学装置制造方法及图纸

技术编号:19099755 阅读:30 留言:0更新日期:2018-10-03 03:09
本发明专利技术公开了一种基于钻孔窥视仪的采煤与地表沉降模拟试验教学装置,包括模拟架(1)和设置在其中的煤层(2)和其他多个岩层,在所述煤层(2)上方设置有含水层(3),在所述含水层(3)中设置有含水层模拟系统,所述含水层模拟系统包括矩形的进水管(301)和条状喷水管(302),所述矩形进水管(301)与智能控压水箱(303)相连,所述条状喷水管(302)为平行设置的多个,每个所述条状喷水管(302)的两端均与所述矩形进水管(301)相连,且与所述矩形进水管(301)的长和宽形成的角度均为45°;在所述条状喷水管(302)的底部设置有多个喷水孔(304)。

【技术实现步骤摘要】
一种基于钻孔窥视仪的采煤与地表沉降模拟试验教学装置
本专利技术涉及矿山机械及教育领域,特别是涉及一种基于钻孔窥视仪的采煤与地表沉降模拟试验教学装置。
技术介绍
由于采矿地质条件的复杂多变,采矿工程力学问题影响因素众多,而且各矿山的开采技术复杂多变,有些问题单凭计算机数值模拟还得不到令人满意的结果。并不能完整准确的反映具体条件与采矿过程中由于采动而引起的岩层运动,所以物理相似模拟实验凭借在反采动过程中岩层运动的准确可靠方面的优势,依然在采矿工程研究过程占据重要地位。近几年来,相似材料模拟技术的发展在某些方面则能弥补计算机模拟的不足,而且相似材料模拟技术逐渐往大尺度和三维立体的方向发展,以规避边界效应等不足,因此,如何了解三维模拟材料内部的垮落情况是需要解决的问题,所以研究一种基于钻孔窥视仪的采煤与地表沉降模拟试验教学装置是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于钻孔窥视仪的采煤与地表沉降模拟试验教学装置。一种基于钻孔窥视仪的采煤与地表沉降模拟试验教学装置,包括模拟架和设置在其中的煤层和其他多个岩层,在所述煤层上方设置有含水层,在所述含水层中设置有含水层模拟系统,所述含水层模拟系统包括矩形的进水管和条状喷水管,所述矩形进水管与智能控压水箱相连,所述条状喷水管为平行设置的多个,每个所述条状喷水管的两端均与所述矩形进水管相连,且与所述矩形进水管的长和宽形成的角度均为45°;在所述条状喷水管的底部设置有多个喷水孔。本专利技术所述的基于钻孔窥视仪的采煤与地表沉降模拟试验教学装置,其中,在所述条状喷水管的底面上粘贴有塑胶贴纸,所述塑胶贴纸和所述条状喷水管的宽度均为8mm,所述塑胶贴纸的长度与所述条状喷水管相等,厚度为1-2mm。本专利技术所述的基于钻孔窥视仪的采煤与地表沉降模拟试验教学装置,其中,所述矩形进水管的截面为圆形直径为20mm,所述矩形的长为5300mm,宽为1700mm,所述条状喷水管的截面为正方形,边长为8mm;所述喷水孔的直径为1mm,相邻两个所述喷水孔之间的距离为80mm;所述模拟架的长、宽和高分别为5500mm、1900mm和3000mm,所述智能控压水箱的控压区间为0-4MPa,压力最大控制精度为0.1MPa。本专利技术所述的基于钻孔窥视仪的采煤与地表沉降模拟试验教学装置,其中,在所述煤层的上方设置有三层光学钻孔窥视仪,分别设置在所述煤层上方300mm,600mm和900mm处,每层包括3个所述光学钻孔窥视仪,一个位于所述模拟架长度方向的中间位置,两个在两侧,从下至上每层中相邻两个所述光学钻孔窥视仪之间的距离分别为1200mm、800mm和400mm。本专利技术所述的基于钻孔窥视仪的采煤与地表沉降模拟试验教学装置,其中,还包括自动抚平加压骨料的相似模拟装置,所述自动抚平加压骨料的相似模拟装置包括设置在所述模拟架上方的支撑杆,在所述支撑杆上活动连接有3个液压支柱,所述液压支柱能够沿所述支撑杆在左右方向上自由滑动,在中间的所述液压支柱的下端连接有抚平装置,两侧的所述液压支柱的下端连接有压实板,所述抚平装置通过旋转轴固定在所述液压支柱的下端,所述抚平装置包括旋转杆和固定在其下端的抚平轮,所述抚平轮由多个弧形的钢制杆体构成,所述旋转轴包括从上至下依次连接的第一支柱卡槽、旋转电机和从动轴,所述旋转轴还包括传动杆,所述传动杆的上端设置在所述旋转电机的中部,下端设置在所述从动轴的底部;在所述模拟架的两侧分别设置有一个固定支柱,在所述固定支柱上设置有升降装置,所述支撑杆的两端分别固定在两个所述升降装置上。本专利技术所述的基于钻孔窥视仪的采煤与地表沉降模拟试验教学装置,其中,所述第一支柱卡槽固定在位于中间的所述液压支柱的下端,所述从动轴的下部和所述旋转杆的上部设置有相互配合的螺纹结构,所述弧形的钢制杆体的数量为4个,所述抚平轮能够顺时针和逆时针旋转;所述压实板为圆形,在所述压实板的上部设置有第二支柱卡槽,固定在位于两侧的所述液压支柱的下端。本专利技术所述的基于钻孔窥视仪的采煤与地表沉降模拟试验教学装置,其中,采用所述的自动抚平加压骨料的相似模拟装置进行骨料铺设的方法,包括如下步骤:步骤一、根据模型要求和相似比,确定每一层需要铺设的骨料的模拟厚度,进而确定所述升降装置的高度和所述液压支柱长度之间的关系,保证所述抚平轮与所述模拟架顶部之间的距离为:模拟岩层厚度/k,k为压实度,为94%;步骤二、根据需求的模拟岩层厚度,确定每一分层的骨料量,按照20%的富余系数准备原材料;步骤三、架设模型,固定所述升降装置和中间的所述液压支柱的高度,保证所述抚平轮和所述模型支架底板距离为:第一模拟分层的高度/k,倒入搅拌机搅拌好的所述第一模拟分层的骨料,启动抚平轮,使其顺时针旋转,并在所述模拟架内来回移动1个回合,保证骨料基本铺设平实,再逆时针旋转所述抚平轮,在所述模拟架内来回移动1个回合,保证多余骨料排除到整个所述模拟架的周围,人工清理一下;步骤四、升起中间的所述液压支柱,两侧的所述液压支柱移到所述模拟架内,压实到所述第一模拟分层的骨料上,压实压力为2000KN,压完之后升起,往前移动800mm,继续压实,直到两个均压到中间位置为止,升起两个所述液压支柱并移出所述模拟架以外;步骤五、倒入第二层模拟岩层的骨料,重复步骤三和步骤四中的铺设过程;步骤六、铺设完最后一层后,去掉三个所述液压支柱上的所述压实板和所述抚平装置,在所述模型支架上方铺设若干铁块,在其上方再铺设一块铁板,所述铁板的长度、宽度和厚度分别为5500mm、1900mm和10mm,三个所述液压支柱均匀压在所述铁板上,实现了上覆岩层的压力替换。本专利技术所述的基于钻孔窥视仪的采煤与地表沉降模拟试验教学装置,其中,在所述煤层的上方设置有5个包括裂隙的裂隙带,从下至上依次为第一裂隙带、第二裂隙带、第三裂隙带、第四裂隙带和第五裂隙带,长和宽依次为4000×1300mm、3500×1100mm、3000×900mm、2500×900mm和2000×900mm。本专利技术所述的基于钻孔窥视仪的采煤与地表沉降模拟试验教学装置,其中,所述裂隙采用裂隙预制装置制作而成,裂隙预制装置分为第一裂隙预制仪和第二裂隙预制仪,所述第一裂隙预制仪和所述第二裂隙预制仪均由固定片、固定在所述固定片上方的把手和固定在所述固定片下方的多个倾斜设置的裂隙刀片,其中,所述第一裂隙预制仪和所述第二裂隙预制仪中的所述裂隙刀片的倾斜角度相同,倾斜方向相反;所述裂隙刀片的厚度为1-3mm,宽度为10-100mm,长度为1-80mm,相邻两个所述裂隙刀片之间的距离为50mm,所述固定片的宽度为100mm,长度为800mm。本专利技术所述的基于钻孔窥视仪的采煤与地表沉降模拟试验教学装置,其中,所述裂隙的制备方法包括如下步骤:先使用所述第一裂隙预制仪,手拿把手,沿着所述裂隙刀片的方向按下,当所述固定片贴到骨料表面时,再沿着所述裂隙刀片的方向拔出,整个过程使所述固定片水平;然后使用所述第二裂隙预制仪,因为所述第一裂隙预制仪与所述第二裂隙预制仪的所述裂隙刀片是对称关系,因此,当所述第二裂隙预制仪的每个所述裂隙刀片均与所述第一裂隙预制仪预制的裂隙端口重合时,即形成了倒V型裂隙;由于所述固定片的长度有限,因此需要连续接替的在骨料界面预制裂隙,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于钻孔窥视仪的采煤与地表沉降模拟试验教学装置,其特征在于:包括模拟架(1)和设置在其中的煤层(2)和其他多个岩层,在所述煤层(2)上方设置有含水层(3),在所述含水层(3)中设置有含水层模拟系统,所述含水层模拟系统包括矩形的进水管(301)和条状喷水管(302),所述矩形进水管(301)与智能控压水箱(303)相连,所述条状喷水管(302)为平行设置的多个,每个所述条状喷水管(302)的两端均与所述矩形进水管(301)相连,且与所述矩形进水管(301)的长和宽形成的角度均为45°;在所述条状喷水管(302)的底部设置有多个喷水孔(304)。

【技术特征摘要】
1.一种基于钻孔窥视仪的采煤与地表沉降模拟试验教学装置,其特征在于:包括模拟架(1)和设置在其中的煤层(2)和其他多个岩层,在所述煤层(2)上方设置有含水层(3),在所述含水层(3)中设置有含水层模拟系统,所述含水层模拟系统包括矩形的进水管(301)和条状喷水管(302),所述矩形进水管(301)与智能控压水箱(303)相连,所述条状喷水管(302)为平行设置的多个,每个所述条状喷水管(302)的两端均与所述矩形进水管(301)相连,且与所述矩形进水管(301)的长和宽形成的角度均为45°;在所述条状喷水管(302)的底部设置有多个喷水孔(304)。2.根据权利要求1所述的基于钻孔窥视仪的采煤与地表沉降模拟试验教学装置,其特征在于:在所述条状喷水管(302)的底面上粘贴有塑胶贴纸,所述塑胶贴纸和所述条状喷水管(302)的宽度均为8mm,所述塑胶贴纸的长度与所述条状喷水管(302)相等,厚度为1-2mm。3.根据权利要求2所述的基于钻孔窥视仪的采煤与地表沉降模拟试验教学装置,其特征在于:所述矩形进水管(301)的截面为圆形直径为20mm,所述矩形的长为5300mm,宽为1700mm,所述条状喷水管(302)的截面为正方形,边长为8mm;所述喷水孔(304)的直径为1mm,相邻两个所述喷水孔(304)之间的距离为80mm;所述模拟架(1)的长、宽和高分别为5500mm、1900mm和3000mm,所述智能控压水箱(303)的控压区间为0-4MPa,压力最大控制精度为0.1MPa。4.根据权利要求3所述的基于钻孔窥视仪的采煤与地表沉降模拟试验教学装置,其特征在于:在所述煤层(2)的上方设置有三层光学钻孔窥视仪(4),分别设置在所述煤层(2)上方300mm,600mm和900mm处,每层包括3个所述光学钻孔窥视仪(4),一个位于所述模拟架(1)长度方向的中间位置,两个在两侧,从下至上每层中相邻两个所述光学钻孔窥视仪(4)之间的距离分别为1200mm、800mm和400mm。5.根据权利要求4所述的基于钻孔窥视仪的采煤与地表沉降模拟试验教学装置,其特征在于:还包括自动抚平加压骨料的相似模拟装置,所述自动抚平加压骨料的相似模拟装置包括设置在所述模拟架(1)上方的支撑杆(502),在所述支撑杆(502)上活动连接有3个液压支柱(503),所述液压支柱(503)能够沿所述支撑杆(502)在左右方向上自由滑动,在中间的所述液压支柱(503)的下端连接有抚平装置(504),两侧的所述液压支柱(503)的下端连接有压实板(505),所述抚平装置(504)通过旋转轴(506)固定在所述液压支柱(503)的下端,所述抚平装置(504)包括旋转杆(516)和固定在其下端的抚平轮(517),所述抚平轮(517)由多个弧形的钢制杆体构成,所述旋转轴(506)包括从上至下依次连接的第一支柱卡槽(507)、旋转电机(508)和从动轴(509),所述旋转轴(506)还包括传动杆(510),所述传动杆(510)的上端设置在所述旋转电机(508)的中部,下端设置在所述从动轴(509)的底部;在所述模拟架(1)的两侧分别设置有一个固定支柱(511),在所述固定支柱(511)上设置有升降装置(512),所述支撑杆(502)的两端分别固定在两个所述升降装置(512)上。6.根据权利要求5所述的基于钻孔窥视仪的采煤与地表沉降模拟试验教学装置,其特征在于:所述第一支柱卡槽(507)固定在位于中间的所述液压支柱(503)的下端,所述从动轴(509)的下部和所述旋转杆(516)的上部设置有相互配合的螺纹结构,所述弧形的钢制杆体的数量为4个,所述抚平轮(517)能够顺时针和逆时针旋转;所述压实板(505)为圆形,在所述压实板(505)的上部设置有第二支柱卡槽(513),固定在位于两侧的所述液压支柱(503)的下端。7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员:冯飞燕
申请(专利权)人:冯飞燕
类型:发明
国别省市:安徽,34

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