一种实验室教学用煤田承压含水层模拟装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种实验室教学用煤田承压含水层模拟装置，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(4)，所述模拟架(1)为长方体结构，在其内部的底部设置有复合土工排水体(901)，在所述模拟架(1)的底部设置有多个渗水孔(902)，在所述模拟架(1)的底部的外侧设置有渗透水箱(903)，覆盖所有的所述渗水孔(902)，在所述渗透水箱(903)上设置有控压阀(904)。本发明专利技术实验室教学用煤田承压含水层模拟装置具有高度仿真，精确度高，充分考虑实际生产影响要素，成本低廉以及大大降低人工劳动力的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种实验室教学用煤田承压含水层模拟装置
本专利技术涉及煤矿及教育领域，特别是涉及一种实验室教学用煤田承压含水层模拟装置。
技术介绍
相似材料模型实验技术自上世纪30年代创立以来，被用来解决了很多矿山开采问题，发展至现在，这项技术已成为国内外矿业界的作为研究矿山开采问题的一种重要的研究手段，相似模拟试验又分为平面相似试验和三维相似模拟试验。平面模型被用来研究矿山开采过程中采场裂隙演化规律、采场上覆岩层“三带”形成规律以及巷道支护等问题，但是平面相似模型及其边界条件作了很大的简化，模拟结果往往也与实际情况存在着一定差异，而三维相似模型可以更加真实模拟现场，因此三维相似模型实验逐渐发展起来。多年以来，三维相似模拟试验在矿山中也得到了广泛应用，解决很多工程问题。论文《水采采场上覆岩层运动规律的三维相似模拟试验研究》，应用三维相似模拟试验对水采采场上覆岩层移动规律进行模拟，申请号：201520494665.2，设计了一种能模拟近距煤层重复开采覆岩导水裂隙发育情况的近距煤层保水采煤三维相似模拟试验系统，申请号：201720062903.1，设计了三维固液耦合相似模拟实验的模拟箱等，以上的设计对于三维相似模拟实验的功能和适用范围都做了很好的尝试和改进，但是针对整个含水层上采煤的相似模拟，他的影响因素应该是跟实际生产中影响因素一样的复杂且繁多，因为是相似模拟，力求的就是需要跟实际生产中一样，本文针对实际中遇到的含水层上采煤的各种因素高度仿真，对三维相似模拟架，三维含水层模拟系统的设计，和三维模拟下裂隙的制作等都展开了新的研究，使其更仿真，且针对实际中生产的复杂性，采用智能化的铺料等辅助环节，在不影响结果的情况下大幅度降低实验成本和人力强度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、操作简便的实验室教学用煤田承压含水层模拟装置。一种实验室教学用煤田承压含水层模拟装置，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矩形的水袋，所述水袋的顶板和底板为高强度的塑胶板，四周为高强度的塑胶片，所述水袋的左右两侧分别连接有第一智能控压水箱和第二智能控压水箱，在所述水袋的底板上设置有多个喷水孔；所述模拟架为长方体结构，在其内部的底部设置有复合土工排水体，在所述模拟架的底部设置有多个渗水孔，在所述模拟架的底部的外侧设置有渗透水箱，覆盖所有的所述渗水孔，在所述渗透水箱上设置有控压阀。本专利技术所述的实验室教学用煤田承压含水层模拟装置，其中，所述喷水孔从前到后共7排，每排的中部均设置在所述水袋的长度方向的中线上，第1排和第7排的所述喷水孔的个数为30，第2排和第6排的所述喷水孔的个数为20，第3排～第5排的所述喷水孔的个数为10，所述喷水孔的直径为2mm；所述水袋的长宽高分别为5000mm、1500mm和16mm，所述塑胶板的厚度为3mm，所述水袋的内部空腔的高度为10mm，所述第一智能控压水箱进水，压力区间为0-4.5MPa，所述第二智能控压水箱出水，压力区间为0-3.5MPa，压力最大控制精度为0.1MPa。本专利技术所述的实验室教学用煤田承压含水层模拟装置，其中，在模拟开始时，所述水袋的内部装满石蜡并冷藏，固定成型，然后作为一层岩层铺设到预设的所述含水层的位置，设置在所述含水层的中部，四周用骨料铺设；刚开始进水时，使用温度为45℃～60℃的水，慢慢融化石蜡并排除，所述第一智能控压水箱的压力比所述第二智能控压水箱大1.5MPa，2小时内逐步下降到0.5MPa的压差。本专利技术所述的实验室教学用煤田承压含水层模拟装置，其中，在所述煤层的下方100mm处设置有压力传感器，所述压力传感器的数量为36个，从前到后共3排，每排12个，右方向上相邻两个所述压力传感器之间的距离为800mm，前后方向上相邻两个所述压力传感器之间的距离为420mm。本专利技术所述的实验室教学用煤田承压含水层模拟装置还包括自动压实装置，所述自动压实装置包括分别固定在靠近所述模拟架四个角处的4个固定支柱和两个支撑杆，在所述固定支柱上设置有升降装置，前后两排所述升降装置分别固定一个所述支撑杆，在两个所述支撑杆的中间活动连接有一个垂直设置的固定杆，所述固定杆能够沿所述支撑杆左右滑动，在所述固定杆的下端连接有第一滚筒固定轴，所述第一滚筒固定轴的下端与伸缩杆连接，在所述伸缩杆的下端连接有第二滚筒固定轴，在所述第二滚筒固定轴上套设有抚料滚筒，与第二电机相连，所述抚料滚筒能够绕所述第二滚筒固定轴旋转，在所述抚料滚筒上沿其长度方向均匀设置有4排挡片。本专利技术所述的实验室教学用煤田承压含水层模拟装置，其中，所述抚料滚筒的直径为500mm，长度为1850mm，所述挡片的长宽厚分别为100mm、10mm和2mm，相邻两个所述挡片之间的间距为5mm；所述固定支柱与所述模拟架水平方向上的距离为1000mm，前后方向上的距离为500mm；所述伸缩杆调节高度，根据每一层的模拟高度，当压实完一层骨料时，自动上升到将要铺设的骨料高度，抚平骨料完成后，下降0.2倍的预设高度值，在抚平的骨料上压实，过程完全自动化，具体高度值根据模型之前计算的值，提前输入到电脑主机里。本专利技术所述的实验室教学用煤田承压含水层模拟装置，其中，在所述煤层的上方设置有3个包括裂隙的裂隙带，从下至上依次为第一裂隙带、第二裂隙带和第三裂隙带，长和宽依次为4000×1300mm、3000×900mm和2000×600mm。本专利技术所述的实验室教学用煤田承压含水层模拟装置，其中，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按压把手、底座和设置在二者之间的弹性夹层，所述按压把手为长方体，包括四个第一侧壁和顶板，所述底座为长方体，包括四个第二侧壁和底板，所述按压把手和所述底座之间通过多个弹性塑胶相连，且所述按压把手和所述底座之间具有一定的间隔，形成所述弹性夹层；所述裂隙预制装置包括多个裂隙制作部，所述裂隙制作部包括固定轴、助推刀片、裂隙刀片和滑道；所述固定轴位于所述按压把手的内部，两端分别固定在位于前侧和后侧的所述第一侧壁上，所述滑道为长条形的中空结构，固定在所述底座内，所述滑道为两个，分别设置在所述固定轴的左右两侧，所述助推刀片为两个，上端连接在所述固定轴上，每个所述助推刀片的下端均连接有一个裂隙刀片，所述裂隙刀片贯穿在所述滑道中；所述裂隙预制装置包括第一控制轴、第二控制轴、第三控制轴和第四控制轴，所述第一控制轴与所有的裂隙制作部的位于左侧的滑道的下端相连，所述第三控制轴与所有的裂隙制作部的位于左侧的滑道的上端相连，在所述底座的左侧设置有两个第一通孔，所述第一控制轴和所述第三控制轴的左端为螺纹结构，分别从两个所述第一通孔中穿出，在所述第一控制轴和所述第三控制轴的左端设置有螺母，所述第二控制轴与所有的裂隙制作部的位于右侧的滑道的下端相连，所述第四控制轴与所有的裂隙制作部的位于右侧的滑道的上端相连，在所述底座的右侧设置有两个第二通孔，所述第二控制轴和所述第四控制轴的右端为螺纹结构，分别从两个所述第二通孔中穿出，在所述第二控制轴和所述第四控制轴的右端设置有螺母；在所述底座的底板上设置有多个供所述裂隙刀片穿过的长条形通孔。本专利技术所述的实验室教学用煤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实验室教学用煤田承压含水层模拟装置，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(4)，所述含水层模拟系统(4)包括矩形的水袋(401)，所述水袋(401)的顶板和底板为高强度的塑胶板，四周为高强度的塑胶片，所述水袋(401)的左右两侧分别连接有第一智能控压水箱(402)和第二智能控压水箱(403)，在所述水袋(401)的底板上设置有多个喷水孔(404)；所述模拟架(1)为长方体结构，在其内部的底部设置有复合土工排水体(901)，在所述模拟架(1)的底部设置有多个渗水孔(902)，在所述模拟架(1)的底部的外侧设置有渗透水箱(903)，覆盖所有的所述渗水孔(902)，在所述渗透水箱(903)上设置有控压阀(904)。

【技术特征摘要】
1.一种实验室教学用煤田承压含水层模拟装置，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(4)，所述含水层模拟系统(4)包括矩形的水袋(401)，所述水袋(401)的顶板和底板为高强度的塑胶板，四周为高强度的塑胶片，所述水袋(401)的左右两侧分别连接有第一智能控压水箱(402)和第二智能控压水箱(403)，在所述水袋(401)的底板上设置有多个喷水孔(404)；所述模拟架(1)为长方体结构，在其内部的底部设置有复合土工排水体(901)，在所述模拟架(1)的底部设置有多个渗水孔(902)，在所述模拟架(1)的底部的外侧设置有渗透水箱(903)，覆盖所有的所述渗水孔(902)，在所述渗透水箱(903)上设置有控压阀(904)。2.根据权利要求1所述的实验室教学用煤田承压含水层模拟装置，其特征在于：所述喷水孔(404)从前到后共7排，每排的中部均设置在所述水袋(401)的长度方向的中线上，第1排和第7排的所述喷水孔(404)的个数为30，第2排和第6排的所述喷水孔(404)的个数为20，第3排～第5排的所述喷水孔(404)的个数为10，所述喷水孔(404)的直径为2mm；所述水袋(401)的长宽高分别为5000mm、1500mm和16mm，所述塑胶板的厚度为3mm，所述水袋(401)的内部空腔的高度为10mm，所述第一智能控压水箱(402)进水，压力区间为0-4.5MPa，所述第二智能控压水箱(403)出水，压力区间为0-3.5MPa，压力最大控制精度为0.1MPa。3.根据权利要求2所述的实验室教学用煤田承压含水层模拟装置，其特征在于：在模拟开始时，所述水袋(401)的内部装满石蜡并冷藏，固定成型，然后作为一层岩层铺设到预设的所述含水层(3)的位置，设置在所述含水层(3)的中部，四周用骨料铺设；刚开始进水时，使用温度为45℃～60℃的水，慢慢融化石蜡并排除，所述第一智能控压水箱(402)的压力比所述第二智能控压水箱(403)大1.5MPa，2小时内逐步下降到0.5MPa的压差。4.根据权利要求3所述的实验室教学用煤田承压含水层模拟装置，其特征在于：在所述煤层(2)的下方100mm处设置有压力传感器(5)，所述压力传感器(5)的数量为36个，从前到后共3排，每排12个，右方向上相邻两个所述压力传感器(5)之间的距离为800mm，前后方向上相邻两个所述压力传感器(5)之间的距离为420mm。5.根据权利要求1所述的实验室教学用煤田承压含水层模拟装置，其特征在于：还包括自动压实装置，所述自动压实装置包括分别固定在靠近所述模拟架(1)四个角处的4个固定支柱(501)和两个支撑杆(502)，在所述固定支柱(501)上设置有升降装置(503)，前后两排所述升降装置(503)分别固定一个所述支撑杆(502)，在两个所述支撑杆(502)的中间活动连接有一个垂直设置的固定杆(504)，所述固定杆(504)能够沿所述支撑杆(502)左右滑动，在所述固定杆(504)的下端连接有第一滚筒固定轴(505)，所述第一滚筒固定轴(505)的下端与伸缩杆(506)连接，在所述伸缩杆(506)的下端连接有第二滚筒固定轴(507)，在所述第二滚筒固定轴(507)上套设有抚料滚筒(508)，与第二电机相连，所述抚料滚筒(508)能够绕所述第二滚筒固定轴(507)旋转，在所述抚料滚筒(508)上沿其长度方向均匀设置有4排挡片(509)。6.根据权利要求5所述的实验室教学用煤田承压含水层模拟装置，其特征在于：所述抚料滚筒(508)的直径为500mm，长度为1850mm，所述挡片(509)的长宽厚分别为100mm、10mm和2mm，相邻两个所述挡片(509)之间的间距为5mm；所述固定支柱(501)与所述模拟架(1)水平方向上的距离为1000mm，前后方向上的距离为500mm；所述伸缩杆(506)调节高度，根据每一层的模拟高度，当压实完一层骨料时，自动上升到将要铺设的骨料高度，抚平骨料完成后，下降0.2倍的预设高度值，在抚平的骨料上压实，过程完全自动化，具体高度值根据模型之前计算的值，提前输入到电脑主机里。7.根据权利要求1所述的实验室教学用煤田承压含水层模拟装置，其特征在于：在所述煤层(2)的上方设置有3个包括裂隙的裂隙带，从下...

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