一种基于裂隙预制系统的安全采煤的模拟装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于裂隙预制系统的安全采煤的模拟装置，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(7)，所述含水层模拟系统(7)包括布置成矩形的进水管(701)和设置在所述矩形内部的多个条状喷水管(702)，在所述煤层(2)上方5H、10H和20H位置处分别设置包括多种裂隙的第一裂隙带、第二裂隙带和第三裂隙带，其中，H为所述煤层(2)的高度；所述裂隙采用裂隙预制装置制作而成，所述裂隙预制装置包括多个裂隙片(601)、裂隙片载体(609)和裂隙片固定盒。本发明专利技术的装置具有仿真度高和实验精度高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于裂隙预制系统的安全采煤的模拟装置
本专利技术涉及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裂隙预制系统的安全采煤的模拟装置。
技术介绍
相似材料模拟是可许实验的一种，这是人们探讨和认识低压规律的途径之一，用与天然岩石物理力学性质相似的人工材料，按矿山实际原型，遵循一定比例缩小做成模型，然后在模型中开挖巷道模拟采场工作，观察模型的变形，唯一，破坏和岩层移动等情况，据以分析，推测原型中发生的情况，这种方法称为相似材料模拟方法。在岩石中由于地质作用的影响而产生的裂缝。由于地壳运动而引起的裂隙，称为“构造裂隙”；由于风化作用而引起的裂隙，称为“风化裂隙”(属“次生裂隙”)；在火成岩冷凝过程中及沉积物固化成岩石的过程中产生的裂隙，称为“成岩裂隙”。研究岩石的裂隙对寻找矿产及水文地质、工程地质都具有重要的现实意义，在相似模拟试验中，预制裂隙对于高度还原实际生产情况有重要作用；专利201610666831.1提供了一种长方体岩石试样三维断续贯通裂隙制作装置及方法，能够实现真实岩石试样的多方位三维调整，满足贯通裂隙的制作要求，与此同时，通过电动丝锯组件和裂隙宽度控制组件的配合，完成不同条数，不同倾角、不同宽度断续预制裂隙的制作；专利201410052815.4提供了一种随机裂隙岩石试样的制作方法，利用锡条和砂浆材料混合搅拌，保证了裂隙岩石大量随机裂隙的制作，便于调节裂隙的概率密度分布目前对于三维相似模拟中的裂隙预制装置研究很少。
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裂隙预制系统的安全采煤的模拟装置。一种基于裂隙预制系统的安全采煤的模拟装置，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布置成矩形的进水管和设置在所述矩形内部的多个条状喷水管，所述多个条状喷水管平行设置，且所述条状喷水管的两端分别与所述进水管相连通，在所述条状喷水管的底部均匀设置有多个喷水孔，所述进水管与智能控压水箱相连；在所述煤层上方5H、10H和20H位置处分别设置包括多种裂隙的第一裂隙带、第二裂隙带和第三裂隙带，其中，H为所述煤层的高度；所述裂隙采用裂隙预制装置制作而成，所述裂隙预制装置包括多个裂隙片、裂隙片载体和裂隙片固定盒，所述裂隙片固定盒包括水平设置的固定杆，在所述固定杆上设置有多个通孔，在其中两个所述通孔处活动连接有滑道，所述滑道为中空管状结构，所述滑道和所述通孔之间采用角度固定扣连接，所述滑道的两端分别处在所述角度固定扣的上部和下部，且所述滑道能够以所述角度固定扣为轴在左右方向上自由旋转。本专利技术所述的基于裂隙预制系统的安全采煤的模拟装置，其中，所述条状喷水管与所述矩形的宽度方向平行，所述条状喷水管和所述进水管的横截面均为直径为15mm的圆，所述矩形的长为5000mm，宽为1700mm，相邻两个所述条状喷水管之间的间距为100mm，所述喷水孔的直径为1mm，多个所述喷水孔之间的间距为100mm，所述智能控压水箱的压力范围为0-5MPa，最大控制精度为0.1MPa。本专利技术所述的基于裂隙预制系统的安全采煤的模拟装置，其中，在所述模拟架中设置有多个渗透距测量仪，所述渗透距测量仪包括电源、电源线和电阻杆；所述电阻杆为中空结构，在其左端设置有一个通孔，所述电源线为两根，一端分别与所述电源相连，其中一个所述电源线的另一端与所述电阻杆的左端相连，另一个所述电源线的另一端穿过所述通孔与所述电阻杆的右端相连。本专利技术所述的基于裂隙预制系统的安全采煤的模拟装置，其中，所述电阻杆的长度为2500mm，电阻为5kΩ，直径为18mm，电源为12V，所述渗透距测量仪的一端设置在所述模拟架左右方向的中心，从前至后总共设置有3排，排距为600mm，在竖直方向上，每排有4个，间距为150mm，位于最上部的所述渗透距测量仪距离所述含水层下方200mm处。本专利技术所述的基于裂隙预制系统的安全采煤的模拟装置还包括自动抚平加压骨料装置，包括和设置在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裂隙预制系统的安全采煤的模拟装置，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裂隙预制系统的安全采煤的模拟装置，其中，所述固定支柱与所述模拟架之间的距离为2000mm，所述第一支柱卡槽的内径为60mm，外径为80mm，高度为50mm，所述旋转电机的直径为80mm，高度为50mm，所述传动杆的直径为15mm，长度为150mm，所述从动轴的直径为50mm，高度为50mm；所述抚平轮旋转形成的圆的直径为1800mm，所述旋转杆为中空结构，长度为400-600mm，内径为50mm；所述第二支柱卡槽的内径为60mm，所述压实板的直径和厚度分别为1700mm和8mm，材质为铁。本专利技术所述的基于裂隙预制系统的安全采煤的模拟装置，其中，采用所述自动抚平加压骨料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拟架底板距离为：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，在所述模拟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55本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于裂隙预制系统的安全采煤的模拟装置，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(7)，所述含水层模拟系统(7)包括布置成矩形的进水管(701)和设置在所述矩形内部的多个条状喷水管(702)，所述多个条状喷水管(702)平行设置，且所述条状喷水管(702)的两端分别与所述进水管(701)相连通，在所述条状喷水管(702)的底部均匀设置有多个喷水孔(703)，所述进水管(701)与智能控压水箱(704)相连；在所述煤层(2)上方5H、10H和20H位置处分别设置包括多种裂隙的第一裂隙带、第二裂隙带和第三裂隙带，其中，H为所述煤层(2)的高度；所述裂隙采用裂隙预制装置制作而成，所述裂隙预制装置包括多个裂隙片(601)、裂隙片载体(609)和裂隙片固定盒，所述裂隙片固定盒包括水平设置的固定杆(602)，在所述固定杆(602)上设置有多个通孔(603)，在其中两个所述通孔(603)处活动连接有滑道(604)，所述滑道(604)为中空管状结构，所述滑道(604)和所述通孔(603)之间采用角度固定扣(605)连接，所述滑道(604)的两端分别处在所述角度固定扣(605)的上部和下部，且所述滑道(604)能够以所述角度固定扣(605)为轴在左右方向上自由旋转。...

【技术特征摘要】
1.一种基于裂隙预制系统的安全采煤的模拟装置，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(7)，所述含水层模拟系统(7)包括布置成矩形的进水管(701)和设置在所述矩形内部的多个条状喷水管(702)，所述多个条状喷水管(702)平行设置，且所述条状喷水管(702)的两端分别与所述进水管(701)相连通，在所述条状喷水管(702)的底部均匀设置有多个喷水孔(703)，所述进水管(701)与智能控压水箱(704)相连；在所述煤层(2)上方5H、10H和20H位置处分别设置包括多种裂隙的第一裂隙带、第二裂隙带和第三裂隙带，其中，H为所述煤层(2)的高度；所述裂隙采用裂隙预制装置制作而成，所述裂隙预制装置包括多个裂隙片(601)、裂隙片载体(609)和裂隙片固定盒，所述裂隙片固定盒包括水平设置的固定杆(602)，在所述固定杆(602)上设置有多个通孔(603)，在其中两个所述通孔(603)处活动连接有滑道(604)，所述滑道(604)为中空管状结构，所述滑道(604)和所述通孔(603)之间采用角度固定扣(605)连接，所述滑道(604)的两端分别处在所述角度固定扣(605)的上部和下部，且所述滑道(604)能够以所述角度固定扣(605)为轴在左右方向上自由旋转。2.根据权利要求1所述的基于裂隙预制系统的安全采煤的模拟装置，其特征在于：所述条状喷水管(702)与所述矩形的宽度方向平行，所述条状喷水管(702)和所述进水管(701)的横截面均为直径为15mm的圆，所述矩形的长为5000mm，宽为1700mm，相邻两个所述条状喷水管(702)之间的间距为100mm，所述喷水孔(703)的直径为1mm，多个所述喷水孔(703)之间的间距为100mm，所述智能控压水箱(704)的压力范围为0-5MPa，最大控制精度为0.1MPa。3.根据权利要求2所述的基于裂隙预制系统的安全采煤的模拟装置，其特征在于：在所述模拟架(1)中设置有多个渗透距测量仪(4)，所述渗透距测量仪(4)包括电源(401)、电源线(402)和电阻杆(403)；所述电阻杆(403)为中空结构，在其左端设置有一个通孔(404)，所述电源线(402)为两根，一端分别与所述电源(401)相连，其中一个所述电源线(402)的另一端与所述电阻杆(403)的左端相连，另一个所述电源线(402)的另一端穿过所述通孔(404)与所述电阻杆(403)的右端相连。4.根据权利要求3所述的基于裂隙预制系统的安全采煤的模拟装置，其特征在于：所述电阻杆(403)的长度为2500mm，电阻为5kΩ，直径为18mm，电源为12V，所述渗透距测量仪(4)的一端设置在所述模拟架(1)左右方向的中心，从前至后总共设置有3排，排距为600mm，在竖直方向上，每排有4个，间距为150mm，位于最上部的所述渗透距测量仪(4)距离所述含水层(3)下方200mm处。5.根据权利要求4所述的基于裂隙预制系统的安全采煤的模拟装置，其特征在于：还包括自动抚平加压骨料装置，包括和设置在模拟架(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所述的基于裂隙预制系统的安全采煤的模拟装置，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...

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