一种用于煤炭生产的具有圆形含水层的教学模拟试验架制造技术

本发明专利技术公开了一种用于煤炭生产的具有圆形含水层的教学模拟试验架，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，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。本发明专利技术的用于煤炭生产的具有圆形含水层的教学模拟试验架具有结构简单，成本低廉，对突水系数有高度仿真功能的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于煤炭生产的具有圆形含水层的教学模拟试验架
本专利技术涉及煤矿及教育领域，特别是涉及一种用于煤炭生产的具有圆形含水层的教学模拟试验架。
技术介绍
物理相似模拟已成为解决地下工程岩层控制问题的有效研究手段之一。以往的研究多以平面应力、应变模型和小型立体模型为主，但这无法解决模型边界效应、加载及测试等问题，导致实验结果与工程实际存在较大差异。处于三维应力状态下的研究对象，采用三维可加载物理模拟实验较为理想，但建立此类模型存在一定困难。在三维可加载物理模拟实验中，实验装置的大型化及其加载系统的选择是关系到能否理想地实现物理模拟的基础，模型内部物理量的测量是能否达到实验目的的关键。三维相似模拟中，对于含水层的研究相对较少，研究在三向力加载下，含水层中岩石的破裂，垮落以及含水层中水的流向和流量等问题都需要重点研究，同时为研究这类问题对三维相似模拟加载方式，模型制作过程，开挖过程等都需要更加细致的研究。
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、操作简便的用于煤炭生产的具有圆形含水层的教学模拟试验架。一种用于煤炭生产的具有圆形含水层的教学模拟试验架，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，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。本专利技术所述的用于煤炭生产的具有圆形含水层的教学模拟试验架，其中，所述含水层模拟系统包括水平设置的6个圆形水管和8个直管，所述圆形水管由长条形的水管弯曲、首尾连接而成，在其内部形成圆形空间，所述6个圆形水管形成的所述圆形空间同轴设置且直径不同，所述8个直管的一端均连接在所述圆形空间的轴心上，8个所述直管与6个所述圆形水管相连并将所述圆形水管均匀分隔为8个部分，在每一个相连的点上均设置有喷水孔，8个所述直管与6个所述圆形水管的内部均连通。本专利技术所述的用于煤炭生产的具有圆形含水层的教学模拟试验架，其中，位于左右两侧的4个所述直管与智能控压水箱相连，所述智能控压水箱的控压区间为0-10MPa；所述喷水孔正常时为封闭状态，形成一条缝，所述喷水孔的喷水量与水压有关，二者之间的相关式为：Q＝0.9P+1.25，P为压力，单位为MPa，Q为流量，单位mL/s，当内部P大于5MPa时，才会有水喷出；所述直管的截面直径为25mm，所述含水层模拟系统采用高强度塑胶材料制作而成；从里至外每个所述圆形水管的截面直径依次为10mm，12mm，14mm，16mm，18mm和20mm；形成的圆形空间的直径依次为150mm，300mm，500mm，900mm，1300mm和1800mm。本专利技术所述的用于煤炭生产的具有圆形含水层的教学模拟试验架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。本专利技术所述的用于煤炭生产的具有圆形含水层的教学模拟试验架，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。本专利技术所述的用于煤炭生产的具有圆形含水层的教学模拟试验架，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；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，上端通过滑道旋转轴固定在所述底座内，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和第二控制轴，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，在所述底座的左侧设置有第一通孔，所述第一控制轴的左端为螺纹结构，从所述第一通孔中穿出，在所述第一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，在所述底座的右侧设置有第二通孔，所述第二控制轴的右端为螺纹结构，从所述第二通孔中穿出，在所述第二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。本专利技术所述的用于煤炭生产的具有圆形含水层的教学模拟试验架，其中，所述按压把手的所述顶板长为800mm，宽为200mm，厚为45mm，所述第一侧壁的高度为55mm，材质为塑料；所述底座的所述底板的长为800mm，宽为200mm，厚为200mm，所述第二侧壁的高度为15mm；所述弹性塑胶的高度为200mm，前后长度为200mm，左右宽为20mm，在10kg压力下压缩范围小于100mm；所述助推刀片的上下长为140mm，厚为3mm，前后宽为200mm，所述裂隙刀片的上下长为300mm，厚为1.5mm，前后宽为200mm；所述滑道的长为150mm，壁厚为2mm，前后宽为200mm，中空的厚度为3.5mm；所述助推刀片、所述裂隙刀片和所述滑道的材质为铁；所述第一控制轴和所述第二控制轴的所述螺纹结构的长度为30-100mm。本专利技术所述的用于煤炭生产的具有圆形含水层的教学模拟试验架，其中，所述模拟架为长方体结构，在其底部设置有椭圆形的渗透水箱，所述渗透水箱的内部设置有复合土工排水体，在所述渗透水箱的顶部设置有多个渗水孔，多个所述渗水孔在一个矩形范围内排列，在所述渗透水箱和所述模拟架之间的空隙采用骨料填充。本专利技术所述的用于煤炭生产的具有圆形含水层的教学模拟试验架，其中，所述渗透水箱的长轴长为3500mm，短轴长为2500mm，高为100mm，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于煤炭生产的具有圆形含水层的教学模拟试验架，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，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。

【技术特征摘要】
1.一种用于煤炭生产的具有圆形含水层的教学模拟试验架，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，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。2.根据权利要求1所述的用于煤炭生产的具有圆形含水层的教学模拟试验架，其特征在于：所述含水层模拟系统包括水平设置的6个圆形水管(301)和8个直管(302)，所述圆形水管(301)由长条形的水管弯曲、首尾连接而成，在其内部形成圆形空间，所述6个圆形水管(301)形成的所述圆形空间同轴设置且直径不同，所述8个直管(302)的一端均连接在所述圆形空间的轴心上，8个所述直管(302)与6个所述圆形水管(301)相连并将所述圆形水管(301)均匀分隔为8个部分，在每一个相连的点上均设置有喷水孔，8个所述直管(302)与6个所述圆形水管(301)的内部均连通。3.根据权利要求2所述的用于煤炭生产的具有圆形含水层的教学模拟试验架，其特征在于：位于左右两侧的4个所述直管(302)与智能控压水箱(303)相连，所述智能控压水箱(303)的控压区间为0-10MPa；所述喷水孔正常时为封闭状态，形成一条缝，所述喷水孔的喷水量与水压有关，二者之间的相关式为：Q＝0.9P+1.25，P为压力，单位为MPa，Q为流量，单位mL/s，当内部P大于5MPa时，才会有水喷出；所述直管(302)的截面直径为25mm，所述含水层模拟系统采用高强度塑胶材料制作而成；从里至外每个所述圆形水管(301)的截面直径依次为10mm，12mm，14mm，16mm，18mm和20mm；形成的圆形空间的直径依次为150mm，300mm，500mm，900mm，1300mm和1800mm。4.根据权利要求3所述的用于煤炭生产的具有圆形含水层的教学模拟试验架，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)。5.根据权利要求4所述的用于煤炭生产的具有圆形含水层的教学模拟试验架，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。6.根据权利要求5所述的用于煤炭生产的具有圆形含水层的教学模拟试验架，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；所述裂隙采用裂隙预制装置制...

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