一种变倾角、加载式物理相似模拟实验台制造技术

本实用新型专利技术公开了一种变倾角、加载式物理相似模拟实验台。所述一种变倾角、加载式物理相似模拟实验台，包括相似材料模型成型装置、加载装置、变倾角装置。模型成型装置主要包括底座、框架和成型槽钢，框架通过铰支座与底座进行连接，成型槽钢通过螺栓与框架进行连接；加载装置主要包括加压板、液压油缸、油缸固定板和固定槽钢，液压油缸通过油缸固定板与固定槽钢进行连接，通过加圧板可以对模型进行应力补偿；变倾角装置主要包括升降丝杠、摇臂、固定托板，利用丝杠的升降调节框架的倾角。本实用新型专利技术主要是通过控制加载装置和变倾角装置，实现不同倾角、不同埋深煤层开采后上覆岩层移动规律及支架与围岩关系的研究。整个实验台设计合理，操作简单，可重复性强，适用范围广，同时减少了人力、物力投入，提高了实验效率。

A variable angle and loading type physical similitude simulation experimental platform

The utility model discloses a changeable angle and loading physical similarity simulation experimental platform. The utility model relates to a variable inclination and loading type physical similarity simulation test bench, which comprises a similar material model forming device, a loading device and a variable inclination device. The model forming device mainly includes the base, the frame and the molding channel steel, the frame is connected with the base through the hinge support, the molding channel steel is connected with the frame through the bolt; the loading device mainly includes the pressure plate, the hydraulic cylinder, the cylinder fixed plate and the fixed channel steel, and the hydraulic cylinder is connected with the fixed channel steel through the cylinder fixed plate. Then, the model can be compensated by adding a scraper; the variable inclination device mainly includes lifting screw, rocker arm, fixed bracket, and adjusting the inclination of the frame by using the lifting of the screw. The utility model mainly realizes the study of the movement law of the overlying strata and the relationship between the support and the surrounding rock after mining the coal seams with different dips and buried depths by controlling the loading device and the variable dip device. The whole experimental platform is reasonable in design, simple in operation, strong in repeatability and wide in application. At the same time, it reduces the input of manpower and material resources and improves the experimental efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种变倾角、加载式物理相似模拟实验台
本技术主要涉及矿山岩层移动规律实验研究领域，尤其涉及一种变倾角、加载式物理相似模拟实验台。
技术介绍
我国新疆、宁夏、甘肃等地，倾斜煤层储量丰富，煤层的赋存倾角和埋藏深度对开采工艺及围岩支护方式具有重要影响。倾斜煤层开采引起上覆岩层的移动规律与近水平煤层有较大差异，主要原因在于受重力沿倾斜分量的作用，倾斜煤层开采后工作面覆岩移动具有不对称性、液压支架易发生倾倒事故。因此，深入研究倾斜煤层采场覆岩移动规律及支架载荷具有重要意义，为倾斜煤层开采设计及支架选型提供依据。物理相似模拟实验是采矿工程领域研究采场上覆岩层移动规律的有效手段，然而，现阶段设计的相似模拟实验台多适用于近水平、水平煤层，且当无法模拟到地表时没有可靠的应力补偿装置，对深埋倾斜煤层模拟实验研究适应性较差，不能满足研究需要，同时耗费大量人力、物力。针对此问题，本技术设计出一种变倾角、加载式物理相似模拟实验台，能够根据煤层赋存倾角及埋深实现不同倾角和不同埋深煤层开采的模拟，实验台结构设计合理，操作简单，可重复性强，适用范围广，同时减少了人力、物力投入，提高了实验效率。
技术实现思路
本技术实施例的目的在于提出一种变倾角、加载式物理相似模拟实验台的设计方案，本技术主要是通过控制加载装置和变倾角装置，实现模拟不同倾角和埋深煤层开采上覆岩层的垮落运动，揭示工作面来压及支架倾倒的机理。整个实验台设计合理，操作简单，可重复性强，适用范围广，同时减少了人力、物力投入，提高了实验效率。为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：模型成型装置，包括底座、框架、倾角刻度盘、铰支座、支撑垫、螺栓、成型槽钢、加压板，所述框架通过铰支座与底座进行连接，所述倾角刻度盘与底座进行连接，所述支撑垫与底座进行连接，所述成型槽钢通过螺栓与框架进行连接，所述加压板通过螺栓与框架进行连接；加载装置，包括加压板、液压油缸、油缸固定板、固定槽钢，所述加压板与液压油缸进行连接，所述液压油缸与油缸固定板进行连接，并通过螺栓与固定槽钢进行连接；变倾角装置，包括摇臂、升降丝杠、可旋转螺母、可旋转套、挡圈和挡盘、第一固定托板和第二固定托板，所述摇臂与升降丝杠进行连接，所述可旋转螺母通过第一固定托板托板和第二固定托板，所述摇臂与升降丝杠进行连接，所述可旋转螺母通过第一固定托板与底座进行连接，所述可旋转套通过第二固定托板与框架进行连接，所述挡圈和挡盘与升降丝杠进行连接。优选地，利用前后成型槽钢对加压板进行限制，使其在液压油缸的作用下可在模型成型区内竖直上下移动，实现对模型的加载，油缸固定板与固定槽钢进行连接。优选地，所述升降丝杠和固定托板置于底座中部，所述第一固定托板和第二固定托板分别与底座和框架进行连接。与现有相似模拟实验台相比，本技术具有如下优点：本技术涉及的一种变倾角、加载式物理相似模拟实验台，主要是通过控制加载装置和变倾角装置，实现精确模拟倾斜煤层开采引起覆岩垮落运动特征，同时揭示工作面来压和支架倾倒的机理。整个实验台设计合理，操作简单，可重复性强，适用范围广，同时减少了人力、物力投入，提高了实验效率。附图说明图1为本技术的工作状态图；图2为本技术的模型成型装置图；图3为本技术的加载装置图；图4为本技术的变倾角装置图。附图标记说明：1-底座；2-框架；3-倾角刻度盘；4-铰支座；5-摇臂；6-升降丝杆；7-第一固定托板；8-第二固定托板；9-支撑垫；10-槽钢固定孔；11-相似材料模型；12-槽钢固定螺栓；13-成型槽钢；14-加压板；15-固定槽钢；16-液压油缸；17-油缸固定板；18-油缸固定螺栓；19-液压油进液口；20-液压油回液口；21-相似材料模型成型区；22-加压板固定螺栓；23-油缸固定孔；24-加压板固定孔；25-可旋转螺母；26-可旋转套；27-挡圈；28-挡盘；29-第一旋转轴；30-第二旋转轴。具体实施方式结合图1、图2、图3、图4所示，一种变倾角、加载式物理相似模拟实验台，包括模型成型装置、加载装置、变倾角装置。模型成型装置，所述框架2通过铰支座4与底座1进行连接，所述倾角刻度盘3与底座1进行连接，所述支撑垫9与底座1进行连接，所述成型槽钢13通过螺栓12与框架2进行连接，所述加压板14通过螺栓22与框架2进行连接。加载装置，所述油缸固定板17与液压油缸16进行连接，所述液压油缸16与加压板14进行连接，并通过螺栓18与固定槽钢15进行连接。变倾角装置，所述摇臂5与升降丝杠6进行连接，所述可旋转螺母25通过第一固定托板7与底座2进行连接，所述可旋转套26通过第二固定托板8与框架2进行连接，所述挡圈27和挡盘28与升降丝杠6进行连接。结合图1、图2、图3、图4所示。根据煤层倾角，利用变倾角装置及倾角刻度盘将框架旋转到规定的倾角，将预先配制好的相似模拟材料放置于模型成型装置的框架内(前后由成型槽钢构成)，实验时根据模拟煤层的实际埋藏深度，通过控制加载装置对未模拟的岩层进行应力补偿，实现倾斜煤层开采上覆岩层垮落运移规律的高精度模拟实验研究。变倾角、加载式物理相似模拟实验台相似模拟实验步骤大致如下：a、根据需要模拟的实际尺寸及模拟比例尺，选择合适的模型成型装置、加载装置及变倾角装置等所含部件的尺寸；b、将各装置所含零部件按顺序进行空间方位的组装，将框架2通过铰支座4与底座1进行连接；将倾角刻度盘3与底座1进行连接；将升降丝杠6置于底座1中部；通过可旋转螺母25、第一固定托板7和可旋转套26、第二固定托板8与底座1及框架2进行连接，将摇臂5与升降丝杠6进行连接；将支撑垫9与底座1进行连接；将成型槽钢13通过螺栓与框架2进行连接；将加压板14通过螺栓与框架2进行连接；c、检查各零件的连接及工作情况，确保其正常工作后，转动摇臂5使得升降丝杠6均匀地上升，同时观察倾角刻度盘，待倾角刻度盘3显示刻度为所需模拟煤层倾角时停止转动摇臂5，并将变倾角装置进行固定；d、将预先配制好的相似模拟材料按照一定的厚度及分层水平均匀的铺装在模型成型区，待相似模拟材料铺设完成，模型成型并固结后，操作变倾角装置，转动摇臂5，使得升降丝杠6均匀地下降，下降至框架2底部与支撑垫9相接为止，使框架2处于水平状态，经过大约五天后拆下框架2前后的成型槽钢13，使模型在自然状态下风干；e、进行模拟实验之前，拆掉加圧板14的固定螺栓22，通过螺栓12将固定槽钢15与框架2进行连接，同时将液压油缸16通过油缸固定板17与固定槽钢15进行连接，完成加载装置的安装。通过液压油进液口19和液压油回液口20控制加载的压力，以使补偿的压力满足实际煤层的埋藏条件，接下来便可进行相似模拟实验，研究倾斜煤层开采后上覆岩层的垮落运动规律，揭示工作面来压及支架倾倒的机理，待实验完成后按相反顺序拆卸各零部件，并妥善保存；f、进行下一次实验时重复步骤a-e。当然，以上说明仅仅为本技术的较佳实施例，本技术并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替换、形式改变，均在本说明书的实质范围之内，理应受到本技术的保护。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变倾角、加载式物理相似模拟实验台，其特征在于：所述一种变倾角、加载式物理相似模拟实验台主要包括：模型成型装置，包括底座、框架、倾角刻度盘、铰支座、支撑垫、螺栓、成型槽钢、加压板，所述框架通过铰支座与底座进行连接，所述倾角刻度盘与底座进行连接，所述支撑垫与底座进行连接，所述成型槽钢通过螺栓与框架进行连接，所述加压板通过螺栓与框架进行连接；加载装置，包括加压板、液压油缸、油缸固定板、固定槽钢，所述加压板与液压油缸进行连接，所述液压油缸与油缸固定板进行连接，并通过螺栓与固定槽钢进行连接；变倾角装置，包括摇臂、升降丝杠、可旋转螺母、可旋转套、挡圈和挡盘、第一固定托板和第二固定托板，所述摇臂与升降丝杠进行连接，所述可旋转螺母通过第一固定托板与底座进行连接，所述可旋转套通过第二固定托板与框架进行连接，所述挡圈和挡盘与升降丝杠进行连接。

【技术特征摘要】
1.一种变倾角、加载式物理相似模拟实验台，其特征在于：所述一种变倾角、加载式物理相似模拟实验台主要包括：模型成型装置，包括底座、框架、倾角刻度盘、铰支座、支撑垫、螺栓、成型槽钢、加压板，所述框架通过铰支座与底座进行连接，所述倾角刻度盘与底座进行连接，所述支撑垫与底座进行连接，所述成型槽钢通过螺栓与框架进行连接，所述加压板通过螺栓与框架进行连接；加载装置，包括加压板、液压油缸、油缸固定板、固定槽钢，所述加压板与液压油缸进行连接，所述液压油缸与油缸固定板进行连接，并通过螺栓与固定槽钢进行连接；变倾角装置，包括摇臂、升降丝杠、可旋转螺母、可旋转套、挡圈和挡...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵毅鑫，周金龙，曹宝，刘斌，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：新型
国别省市：北京,11