本发明专利技术公开了一种可调节倾角和倾向的岩层相似模拟实验装置及方法，涉及矿山压力与岩层移动控制领域。所述一种可调节倾角和倾向的岩层相似模拟实验装置包括：底座、框架、挡板部、立柱组和千斤顶组5部分；所述框架设置在所述底座上，包括上顶板、下底板、四根竖向钢板4部分；所述挡板部包括两个相对设置的第一挡板组和两个相对设置的第二挡板组；所述立柱组包括四根立柱，所述千斤顶组包括四个千斤顶。采用本发明专利技术所提供的岩层相似模拟实验装置和方法，可以方便调节相似模拟试验中煤层和岩层的倾角和倾向，更加真实地模拟不同煤层倾角、倾向状态下上覆岩层的移动变形和地表变形规律。向状态下上覆岩层的移动变形和地表变形规律。向状态下上覆岩层的移动变形和地表变形规律。
【技术实现步骤摘要】
一种可调节倾角和倾向的岩层相似模拟实验装置及方法
[0001]本专利技术涉及矿山压力及岩层移动规律研究领域，尤其涉及一种可调节倾角和倾向的岩层相似模拟实验装置及方法。
技术介绍
[0002]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，对倾斜煤层模拟实验研究适应性较差，较难实现在不同倾角倾向下的实验，不能满足研究要求，同时耗费大量人力、物力。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的在于提供一种可调节倾角和倾向的岩层相似模拟实验装置及方法，能够更加真实的反应出地下煤矿尤其是倾斜煤层开采后的岩体运动情况，对于指导实际生产意义重大。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：根据本专利技术的一个方面，提供了一种可调节倾角和倾向的岩层相似模拟实验装置，包括：底座、框架、挡板部、立柱组、千斤顶组；其中，框架设置在底座上，框架包括上顶板、下底板、四根竖向钢板，四根竖向钢板分别为第一竖向钢板、第二竖向钢板、第三竖向钢板和第四竖向钢板，上顶板和下底板相对平行设置，四根竖向钢板均为窄长条状结构，其逆时针依次设置在上顶板和下底板的四周，每根竖向钢板的其中一端与上顶板固定连接，另一端与下底板固定连接，框架所围成的空间用来容纳相似模拟材料；立柱组包括四根立柱，其分别是第一立柱、第二立柱、第三立柱和第四立柱，四根立柱与四根竖向钢板一一对应连接，并且每根立柱相对于对应连接的竖向钢板能够上下运动；挡板部包括两个相对设置的第一挡板组和两个相对设置的第二挡板组，其中一个第一挡板组与第一立柱、第二立柱连接，另一个第一挡板组与第三立柱、第四立柱连接，其中一个第二挡板组与第一竖向钢板、第四竖向钢板固定连接，另一个第二挡板组与第二竖向钢板、第三竖向钢板固定连接；千斤顶组包括四个千斤顶，分别是第一千斤顶、第二千斤顶、第三千斤顶和第四千斤顶，四个千斤顶与四根立柱一一对应连接，每根立柱能够随着千斤顶的上下升降而上下运动；其中，第一挡板组与立柱的连接位置是可调节的，依此，通过千斤顶带动立柱的上下
运动，使第一挡板组与立柱的连接位置随之调节，从而调节两个第一挡板组的相同倾角角度和两个第一挡板组之间的倾向角度。
[0005]根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种如上所述的可调节倾角和倾向的岩层相似模拟实验装置的实验方法，其包括以下步骤。
[0006]S1、根据相似模拟材料的预定体积，选择合适尺寸的岩层相似模拟实验装置中所需的部件。
[0007]S2、对步骤S1中选择的部件进行空间方位的组装，将框架与底座进行连接，将一个第一挡板与第一立柱、第二立柱连接，再将另一个第一挡板与第三立柱、第四立柱进行连接，将第二挡板组与第一竖向钢板、第二竖向钢板、第三竖向钢板、第四竖向钢板固定连接，将四根立柱分别与四根竖向钢板对应进行滑动连接，将四个千斤顶分别与四根立柱对应连接。
[0008]S3、检查岩层相似模拟实验装置中各部件的连接及工作情况，确保其正常工作后，根据被模拟煤层的实际倾角和倾向，得到两个第一挡板应该所处的位置，将千斤顶进行升降，在立柱的带动下，使两个第一挡板到达位置。
[0009]S4、将预先配制好的相似模拟材料按照一定的厚度及分层均匀的铺装在框架内的模型成型区，并逐层增加两个第一挡板组中的第一挡板，待相似模拟材料铺设完成，模型成型并固结后，拆下框架周围的挡板，使模型在自然状态下风干；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，待实验完成后按相反顺序拆卸各零部件，并妥善保存。
[0010]与现有技术相比，本专利技术提供的可调节倾角和倾向的岩层相似模拟实验装置及方法至少具有以下有益效果：根据被模拟煤层的赋存倾角和倾向，将岩层相似模拟实验装置的立柱进行升降，对倾角和倾向进行调节，使相似模拟材料呈现被模拟岩层的实际状态，实现不同倾角倾向和不同埋深煤层开采的模拟，实验装置结构设计合理，可重复性强，适用范围广，可以更加真实地还原出综放采煤的开采现场包括不同倾角倾向的煤层的开采和岩层的运移规律。
附图说明
[0011]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0012]图1为本专利技术实施例可调节倾角和倾向的岩层相似模拟实验装置的结构示意图。
[0013]图2为本专利技术实施例中模型成型后的状态示意图。
[0014]图3为本专利技术实施例中立柱与竖向钢板滑槽的结构示意图。
[0015]图4为本专利技术实施例中挡板的结构示意图。
[0016]其中，图中各附图标记：1—底座；2—框架；3—挡板部；4—固定部件；7—相似模拟材料；21—上顶板；22—下底板；23—第一竖向钢板；24—第二竖向钢板；25—第三竖向钢板；26—第四竖向钢板；231—第一测量部； 241—第二测量部；251—第三测量部； 261—第四测量部；31—第一挡板组；32—第二挡板组；51—第一立柱； 52—第二立柱； 53—第三立
柱； 54—第四立柱； 61—第一千斤顶； 62—第二千斤顶； 63—第三千斤顶； 64—第四千斤顶；8—滑槽。
具体实施方式
[0017]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0018]需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0019]本实施例提出一种可调节倾角和倾向的岩层相似模拟实验装置，如图1、图2所示，本实施例的可调节倾角和倾向的岩层相似模拟实验装置包括：底座1、框架2、挡板部3、立柱组、千斤顶组。
[0020]作为一种具体实施方式，底座1由4块条形钢板首尾焊本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可调节倾角和倾向的岩层相似模拟实验装置，其特征在于，包括：底座、框架、挡板部、立柱组、千斤顶组；其中，所述框架设置在所述底座上，所述框架包括上顶板、下底板、四根竖向钢板，所述四根竖向钢板分别为第一竖向钢板、第二竖向钢板、第三竖向钢板和第四竖向钢板，所述上顶板和下底板相对平行设置，所述四根竖向钢板均为窄长条状结构，其逆时针依次设置在所述上顶板和下底板的四周，每根竖向钢板的其中一端与所述上顶板固定连接，另一端与所述下底板固定连接，所述框架所围成的空间用来容纳相似模拟材料；所述立柱组包括四根立柱，其分别是第一立柱、第二立柱、第三立柱和第四立柱，所述四根立柱与所述四根竖向钢板一一对应连接，并且每根立柱相对于对应连接的竖向钢板能够上下运动；所述挡板部包括两个相对设置的第一挡板组和两个相对设置的第二挡板组，其中一个第一挡板组与所述第一立柱、第二立柱连接，另一个第一挡板组与所述第三立柱、第四立柱连接，其中一个第二挡板组与所述第一竖向钢板、第四竖向钢板固定连接，另一个第二挡板组与所述第二竖向钢板、第三竖向钢板固定连接；所述千斤顶组包括四个千斤顶，分别是第一千斤顶、第二千斤顶、第三千斤顶和第四千斤顶，四个千斤顶与所述四根立柱一一对应连接，每根立柱能够随着千斤顶的上下升降而上下运动；其中，所述第一挡板组与立柱的连接位置是可调节的，依此，通过千斤顶带动立柱的上下运动，使所述第一挡板组与立柱的连接位置随之调节，从而调节两个第一挡板组的相同倾角角度和两个第一挡板组之间的倾向角度。2.根据权利要求1所述的岩层相似模拟实验装置，其特征在于，所述底座由4块条形钢板首尾焊接制成，形成一方筒状结构，所述底座的侧壁上焊接梯形钢板进行支撑加固，所述底座的顶端与所述框架的下底板焊接在一起。3.根据权利要求1所述的岩层相似模拟实验装置，其特征在于，每根竖向钢板设有滑槽，每根立柱设有滑动部，所述滑动部与所述滑槽相适配，所述滑动部能够在所述滑槽中上下滑动。4.根据权利要求1所述的岩层相似模拟实验装置，其特征在于，所述第一挡板组包括多个第一挡板，通过相邻所述第一挡板的拼接形成所述第一挡板组；每个所述第一挡板的两端具有挡板通孔，每根立柱上设置有立柱通孔，螺栓通过所述挡板通孔和立柱通孔对所述第一挡板与立柱进行连接；每个所述第一挡板的至少一端的挡板通孔为长条形，所述立柱在上下运动时，所述第一挡板组随之上下运动，通过调整所述螺栓在所述挡板通孔中的固定位置，实现所述倾角角度和倾向角度的调节。5.根据权利要求4所述的岩层相似模拟...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘家顺，王洋，苏丽娟，贾宝新，金佳旭，李军，张振东，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：
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