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原文传递一种模拟煤层开挖上覆岩层及地表变形的试验装置及方法

专利名称：	一种模拟煤层开挖上覆岩层及地表变形的试验装置及方法
摘要：	本发明公开了一种模拟煤层开挖上覆岩层及地表变形的试验装置及方法，包括水平调节底座、可剖面沉降控制试验箱和监测系统，所述可剖面沉降控制试验箱包括底板、左右挡板、前后挡板、中间挡板、中间预置挡板、煤层模拟组件，所述底板、左右挡板与前后挡板组成相似材料容器，所述中间挡板在煤层开挖模拟后将相似材料模型分割并紧固与一侧左右挡板上，所述底板上表面左右两侧有固定左右挡板的螺孔，下表面有固定支柱的螺孔，左右两侧有用于安装监测系统的前后移动导轨，在右侧导轨上表面有气泡水平仪。本发明与现有技术相比的优点在于：精确模拟，计算产量，模拟开挖，提高试验结果的精度和可靠性，采集全面的试验数据。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	山东科技大学
发明人：	赵同彬;邢明录;赵晨;梁伟;谭涛
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-29T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-12T00:00:00+0800
申请号：	CN201910246146.7
公开号：	CN110007061A
代理机构：	北京盛凡智荣知识产权代理有限公司
代理人：	高志军
分类号：	G01N33/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	266000 山东省青岛市黄岛区前湾港路579号
主权项：	1.一种模拟煤层开挖上覆岩层及地表变形的试验装置及方法，包括水平调节底座、可剖面沉降控制试验箱和监测系统，其特征在于：所述可剖面沉降控制试验箱包括底板(1)、左右挡板(2)、前后挡板(3)、中间挡板(4)、中间预置挡板(5)、煤层模拟组件，所述底板(1)、左右挡板(2)与前后挡板(3)组成相似材料容器，所述中间挡板(4)在煤层开挖模拟后将相似材料模型分割并紧固与一侧左右挡板(2)上，所述底板(1)上表面左右两侧有固定左右挡板(2)的螺孔，下表面有固定支柱(14)的螺孔，左右两侧有用于安装监测系统的前后移动导轨(17)，在右侧导轨上表面有气泡水平仪(16)。 2.根据权利要求1所述的一种模拟煤层开挖上覆岩层及地表变形的试验装置，其特征在于：所述煤层模拟组件包括标准沉降控制底座(6)、开槽沉降控制底座(7)、沉降控制轮盘(8)，所述标准沉降控制底座(6)为端面开口的长方体壳体，从内部伸出一根控制螺柱，螺柱端部为六棱柱形状，控制螺柱插入底板1上表面的通孔阵列，所述开槽沉降控制底座(7)为上侧开槽的长方体，底面伸出控制螺柱，螺柱端部为六棱柱形状，控制螺柱插入底板(1)上表面的通孔阵列中间一行，其开槽相互串联形成一个长槽，可插入中间挡板(4)。 3.根据权利要求1所述的一种模拟煤层开挖上覆岩层及地表变形的试验装置，其特征在于：所述监测系统包括横梁支架(9)、导轨滑块(10)、扫描仪(11)、激光测距仪(12)、转轮(13)，所述横梁支架(9)横梁下侧有安装导轨滑块(10)的左右移动导轨(18)，支架下端内侧有安装转轮(13)的支柱；所述导轨滑块(10)为长方体，上表面有配合左右移动导轨(18)的开槽，所述扫描仪(11)和激光测距仪(12)上部有用于固定在上述导轨滑块(10)上的通孔，通过紧固螺钉与导轨滑块(10)连接；所述转轮(13)可安装在横梁支架(9)上，转轮(13)上有配合前后移动导轨(17)的开槽。 4.根据权利要求1所述的一种模拟煤层开挖上覆岩层及地表变形的试验装置，其特征在于：所述水平调节底座包括支柱(14)和水平调节脚垫(15)，所述支柱(14)共四根，通过螺钉与底板(1)相连，共同作用支撑试验装置，下端面有安装水平调节脚垫(15)的螺孔，所述水平调节脚垫(15)上部有螺纹，下部为橡胶底座。 5.根据权利要求1所述的，一种模拟煤层开挖上覆岩层及地表变形的试验方法，包括以下步骤：第一步：通过气泡水平仪和水平调节脚垫将试验装置调整至水平，只保留最下层前后挡板，拆除其他前后挡板，将沉降控制底座上表面调至最高点且相互高度相同，将监测系统滑动至试验箱后侧。第二步：根据现场工况，使用砂石、明胶、石膏等材料配置相似材料，按照工况分层填充相似材料，每填充一层相似材料安装一层前后挡板，直到全部填充完毕，使用激光测距仪测定相似材料模型上表面各点标高，使用扫描仪扫描模型上表面，保存数据以备处理。第三步：根据现场工况，使用轮盘控制沉降控制底座下降一定高度，精确模拟煤层开采，通过协调控制各个沉降控制底座的下降高度、速率，模拟不同采高、采宽和工作面推进速度的各种工况，试验过程中在试验箱前后布置高速摄像机捕捉模型位移，使用激光测距仪监测模型上表面位移。第四步：煤层开挖完成后使用监测仪器记录模型当前数据，拆除中间预置挡板，从上往下逐层清理模型中间一层材料，同时插入中间挡板，中间挡板插入开槽沉降控制底座并用紧固螺钉螺母固定后拆除前侧挡板，清理前半部分相似材料模型，观察并使用高清摄像机记录模型剖面变化。
所属类别：	发明专利