适应双向可变模型的分区加载保水开采试验装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于矿业工程科研技术领域，具体涉及一种适应双向可变模型的分区加载保水开采试验装置与方法

【技术实现步骤摘要】
适应双向可变模型的分区加载保水开采试验装置与方法


[0001]本专利技术属于矿业工程科研
，具体涉及一种适应双向可变模型的分区加载保水开采试验装置与方法
。

技术介绍

[0002]煤炭开采水资源保护与利用对煤炭开发战略西移和保障国家能源安全具有重要支撑作用
。
目前我国每年产生矿井水约
80
亿
t
，矿井水年损失量达
60
亿
t
，相当于每年工业和民用缺水量
(100
亿
t)
的
60
％，因此保护利用矿井水资源更为重要，也是煤炭开发长期面临的重大难题
。
[0003]但是目前煤矿保水开采现场试验存在诸多限制与安全隐患，无法开展准确的现场试验，数值模拟困难失真
。
物理模拟试验作为研究煤矿开采的主要手段之一，具有方便
、
快捷
、
可重复的优势
。
为了更准确获取物理模拟试验数据，必须尽可能提高模拟试验与现场的相似性
。
此类物理模拟试验的技术难点在于如何真实模拟煤层回采过程以及顶板岩层破坏过程，使其产生与实际工况相近的地质力学现象
。
在此基础上应尽可能提高模拟试验的机械化与自动化，提升试验精度与可重复性
。
[0004]为此，目前已研发多种适用于煤矿保水开采的物理模拟试验平台，例如：
[0005]中国专利
CN201911375289.4
专利技术了煤矿地下水库坝体嵌套式多耦合模型试验系统及试验方法，该模型试验系统包括模型试验架和水库压力模拟装置，模型试验架为包括外框架和内框架的嵌套式结构
。
该系统能实现对煤矿地下水库坝体的动静压多载荷模拟；引入水库压力模拟装置，实现对煤矿地下水库坝体多载荷的多耦合模拟
。
但该模拟系统无法模拟煤层回采，顶板垮落，尺寸单一，无法进行多尺度模拟试验
。
[0006]中国专利
CN201810473928.X
专利技术了一种地下水库三维相似模拟装置，该模拟装置包括模拟实验平台
、
水库模拟系统
、
智能均布加载系统
、
实时监测系统和智能骨料装载压实系统
。
该装置可以进行三维相似模拟试验，具有封闭性质的水库坝体，可以模拟地下水库的库容和导水裂隙带发育等情况
。
但该模拟装置无法模拟煤层回采，顶板垮落，尺寸单一，无法进行多尺度模拟试验
。
[0007]中国专利
CN202110181227.0
专利技术了一种角度可调的等效煤层开采三维物理模拟装置，该装置主要包括底座
、
加载架和升降组合模块等
。
该装置能够解决煤层开挖
、
倾斜煤层模拟和保水开采模拟等技术难题，有效模拟不同工程原型的三维模型试验，其最大的特点是可以实现不同倾角煤层的物理模拟试验，但其无法进行多尺度模拟试验
。
[0008]中国专利
CN201510864468.X
专利技术了一种采动覆岩固液两相运移可视化模拟装置，该模拟装置包括模拟架
、
注水装置
、
开采控制自动化系统
、
水位连续监测系统和可视化系统
。
该装置适用于模拟再现矿山保水开采过程中上覆隔水层采动裂隙张开
、
弥合及水流场演变的动态变化过程
。
该装置前部可视，可实现煤层开采的模拟，但是尺寸单一，无法进行多尺度模拟试验
。
[0009]《
煤炭学报
》
期刊中论文“煤矿地下水库底反力框架渗流模拟试验系统研制及验
证”提出了一种渗流模拟试验系统，该系统主要包括伺服稳压控制系统
(
气压加载装置
)、
试验箱系统
(
供水装置
)
和计算机监测与数据采集系统
。
该系统可以进行地下水库中水体压力和上覆岩层产生的矿山压力，进行地下水库底反力框架渗流相似模拟试验，同时可进行宽度方向的尺寸调整
。
但是该系统无法进行高度调整，无法进行分区组合
。
[0010]综上所述，现有适用于煤矿保水开采的物理模拟试验装置各有特点，但其主要局限性如下：
[0011](1)
模型尺寸固定，仅能完成单一尺寸模型试验，即使有少数装置可实现模型尺寸调整，也只能人工实现单一方向调整；
(2)
均无法实现模型顶部分区加载，只能进行单一尺寸直接加载；
(3)
大多试验装置无法模拟煤层回采，顶板垮落等，即使有少数装置可以模拟也只能通过人工的方式进行，费时费力；
(4)
大部分试验装置没有可视窗口，无法实现试验过程的全程观察；
(5)
虽然均可开展流固耦合实验，但大部分试验装置均没有进行防水密封，密封效果不好
。

技术实现思路

[0012]针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种适应双向可变模型的分区加载保水开采试验装置与方法，并具体公开了以下技术方案：
[0013]一种适应双向可变模型的分区加载保水开采试验装置，包括主体反力框架
、
滑移框架和加载顶梁，所述滑移框架设置于主体反力框架的顶端，所述加载顶梁安装于滑移框架内，所述主体反力框架包括底反力框架
、
前反力框架
、
后反力框架以及两个相互平行的侧反力框架，所述底反力框架
、
前反力框架
、
后反力框架以及两个侧反力框架共同围成顶部敞口的模型腔，两个侧反力框架相互远离的一侧的顶端分别安装有顶梁滑移导轨，顶梁滑移导轨用于为滑移框架的滑动提供支撑，前反力框架和后反力框架相互靠近的侧壁上均对应设置有若干竖向的插槽，所述插槽内可滑动安装有用于对模型腔进行分隔的分隔板，所述底反力框架的顶端设置有煤层回采机构
。
[0014]进一步的，所述煤层回采机构包括调高板，所述调高板通过中空组合式支柱连接于底反力框架的顶端，所述调高板的底面设置有若干电动缸，所述电动缸的输出端均固定连接有回采支杆，所述回采支杆的顶端贯穿调高板连接有回采顶板，所述回采支杆与调高板滑动连接
。
[0015]进一步的，所述调高板由若干个单体板拼接组成，所述中空组合式支柱由若干个单体支柱拼接组成
。
[0016]进一步的，所述顶梁滑移导轨转动连接于侧反力框架的外壁顶端，所述侧反力框架的外壁上还设置有用于驱动顶梁滑移导轨翻转的大扭矩减速机
。
[0017]进一步的，所述主体反力框架中各个相邻的反力框架之间均通过螺栓固定连接，且各反力框架的连接处均设置有密封条
。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种适应双向可变模型的分区加载保水开采试验装置，其特征在于，包括主体反力框架
、
滑移框架和加载顶梁，所述滑移框架设置于主体反力框架的顶端，所述加载顶梁安装于滑移框架内，所述主体反力框架包括底反力框架
、
前反力框架
、
后反力框架以及两个相互平行的侧反力框架，所述底反力框架
、
前反力框架
、
后反力框架以及两个侧反力框架共同围成顶部敞口的模型腔，两个侧反力框架相互远离的一侧的顶端分别安装有顶梁滑移导轨，顶梁滑移导轨用于为滑移框架的滑动提供支撑，前反力框架和后反力框架相互靠近的侧壁上均对应设置有若干竖向的插槽，所述插槽内可滑动安装有用于对模型腔进行分隔的分隔板，所述底反力框架的顶端设置有煤层回采机构
。2.
根据权利要求1所述的一种适应双向可变模型的分区加载保水开采试验装置，其特征在于，所述煤层回采机构包括调高板，所述调高板通过中空组合式支柱连接于底反力框架的顶端，所述调高板的底面设置有若干电动缸，所述电动缸的输出端均固定连接有回采支杆，所述回采支杆的顶端贯穿调高板连接有回采顶板，所述回采支杆与调高板滑动连接
。3.
根据权利要求2所述的一种适应双向可变模型的分区加载保水开采试验装置，其特征在于，所述调高板由若干个单体板拼接组成，所述中空组合式支柱由若干个单体支柱拼接组成
。4.
根据权利要求1所述的一种适应双向可变模型的分区加载保水开采试验装置，其特征在于，所述顶梁滑移导轨转动连接于侧反力框架的外壁顶端，所述侧反力框架的外壁上还设置有用于驱动顶梁滑移导轨翻转的大扭矩减速机
。5.
根据权利要求1所述的一种适应双向可变模型的分区加载保水开采试验装置，其特征在于，所述主体反力框架中各个相邻的反力框架之间均通过螺栓固定连接，且各反力框架的连接处均设置有密封条
。6.
根据权利要求1所述的一种适应双向可变模型的分区加载保水开采试验装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾大钊，王汉鹏，曹志国，邢文彬，吴宝杨，张冰，张凯，武洋，周保精，
申请(专利权)人：山东大学北京低碳清洁能源研究院，
类型：发明
国别省市：