CN104820086A - 一种岩层及地表沉陷模拟箱式试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种岩层及地表沉陷模拟箱式试验装置，包括底座及设置在底座上的沉陷试验箱，沉陷试验箱内设置有若干个煤层组块，沉陷试验箱包括左侧板、右侧板、前侧板和后侧板，前、后侧板均为透明结构且前侧板可沿左、右侧板上下滑动，沉陷试验箱的顶端和底端均为开口结构，沉陷试验箱的下部内侧设置有用于安装煤层组块的围框，煤层组块设置在围框内侧周圈，围框的下方设置有采煤板，采煤板的后端伸入沉陷试验箱内、前端伸出至沉陷试验箱外侧，采煤板的前端设置有采煤板调斜机构。本发明组装简单，可视化效果好，可通过调斜机构模拟全采、条采及充填开采时，煤层不同厚度、倾角等的开采情况。
Description
技术领域
本发明属于矿山开采试验设备技术领域，尤其涉及一种岩层及地表沉陷模拟箱式试验装置。
背景技术
地下有用矿物采出后，开采区域周围岩体的原始应力状态受到破坏，应力重新分布，以达到新的平衡。在此过程中，岩层和地表产生连续的移动、变形和非连续的开裂、冒落等破坏现象，统称为开采沉陷。研究开采过程中矿岩及地表移动、变形和沉陷规律，预测在所在区段具体开采技术条件下，采用的开采方法、回采步骤、工程布置等对矿岩及地表移动、变形和沉陷的影响程度，对矿山安全生产具有重要的指导意义和实际应用价值。由于地下开采引起的矿山岩层与地表移动受地质、采矿条件等多种因素的作用，不同矿山、不同采区、甚至同一采区的不同区段其地质条件也不尽相同，加之采矿方法、工程布置的不同，岩层及地表移动规律各异，准确预测难度很大。近几十年来，矿山科研工作者针对开采沉陷问题进行了大量理论和方法研究，提出了适合不同条件的各种研究和预测方法。综合起来，现行的开采沉陷的预测方法可以分为实验研究方法、理论分析方法、模拟实验方法、可视化方法等。模拟试验法一般用相似材料模型、砂子模型和明胶模型等试验方法，因其具备周期短、形象化、可按需要条件重复试验的优点而被矿山科研工作者广泛使用。模拟试验法的进行离不开模拟试验设备，而现有模拟试验设备大多存在模拟沉陷过程不明显、组装困难、操作繁琐等缺点。
由此可见，现有技术有待于进一步的改进和提高。
发明内容
本发明为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种组装简单、可视化效果好的岩层及地表沉陷模拟箱式试验装置。
本发明所采用的技术方案为：
一种岩层及地表沉陷模拟箱式试验装置，包括底座及设置在底座上的沉陷试验箱，沉陷试验箱内设置有若干个煤层组块，沉陷试验箱包括左侧板、右侧板、前侧板和后侧板，前、后侧板均为透明结构且前侧板可沿左、右侧板上下滑动，沉陷试验箱的顶端和底端均为开口结构，沉陷试验箱的下部内侧设置有用于安装煤层组块的围框，煤层组块设置在围框内侧周圈，围框的下方设置有采煤板，采煤板的后端伸入沉陷试验箱内、前端伸出至沉陷试验箱外侧，采煤板的前端设置有采煤板调斜机构。
各所述煤层组块均包括块体和设置在块体底端的螺柱，采煤板上开设有一排排与煤层组块的螺柱相适配的螺孔，各煤层组块的螺柱置于与之相对应的螺孔内。
所述采煤板调斜机构包括两个液压千斤顶，两个液压千斤顶位于采煤板前端的左、右两侧，各液压千斤顶的顶部托座均通过连接杆与采煤板的前端相连。
所述前侧板的前端面以及后侧板的后端面上均沿竖直方向每5mm设置一个刻度值。
所述左、右侧板的前部的相向内侧设置有前滑槽，左、右侧板的后部的相向内侧设置有后滑槽，前侧板置于前滑槽内，后侧板置于后滑槽内。
所述围框包括前边框和后边框，前、后边框均呈U型，前边框的两边插入后边框的两边内且沿后边框的两边前后移动，后边框的底边内设置有转轴，后边框通过转轴与左、右侧板转动连接，前、后边框的底部均设置有与采煤板相连的立柱。
所述底座包括左支撑块和右支撑块，左侧板设置在左支撑块的上方且与之固连，右侧板设置在右支撑块的上方且与之固连，左、右支撑块的顶端后侧均设置有支撑块，各支撑块的上部均开设有转轴孔，各转轴孔内均设置有轴承，转轴的两端分别穿入转轴孔的轴承内。
所述前、后侧板为钢板或有机玻璃板。
所述前、后侧板上均开设有用于铺设传感器的通孔。
由于采用了上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：
本发明组装简单，可视化效果好，可通过调斜机构模拟全采、条采及充填开采时，煤层不同厚度、倾角等的开采情况，克服了以往模拟试验开采岩层及地表沉陷过程不明显，试验模型制备困难等缺点。
附图说明
图1为本发明去除前侧板后的结构示意图。
图2为本发明中围框的结构示意图。
图3为本发明中煤层组块的结构示意图。
其中，
1、沉陷试验箱 2、后边框 3、前边框 4、采煤板 5、液压千斤顶 6、右支撑块 7、左支撑块 8、连接杆 9、螺孔 10、支撑块 11、转轴 12、立柱 13、块体 14、螺柱
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施例。
如图1至图3所示，一种岩层及地表沉陷模拟箱式试验装置，包括底座及设置在底座上的沉陷试验箱1，沉陷试验箱1的材料依据物理相似性采用粗河砂、石膏粉等近似模拟覆岩层，沉陷试验箱1内设置有若干个煤层组块，沉陷试验箱1包括左侧板102、右侧板101、前侧板和后侧板103，所述底座包括左支撑块7和右支撑块6，左侧板102设置在左支撑块7的上方且与之固连，右侧板101设置在右支撑块6的上方且与之固连，左、右侧板的前部的相向内侧设置有前滑槽，左、右侧板的后部的相向内侧设置有后滑槽，前侧板置于前滑槽内，后侧板103置于后滑槽内，前、后侧板均为透明结构且前侧板可沿左、右侧板上下滑动，所述前、后侧板为钢板或有机玻璃板，前、后侧板上均开设有用于铺设传感器的通孔，所述前侧板的前端面以及后侧板103的后端面上均沿竖直方向每5mm设置一个刻度值。
所述沉陷试验箱1的顶端和底端均为开口结构，沉陷试验箱1的下部内侧设置有用于安装煤层组块的围框，所述围框包括前边框3和后边框2，前、后边框均呈U型，前边框3的两边插入后边框2的两边内且沿后边框103的两边前后移动，后边框103的底边内设置有转轴11，后边框103通过转轴11与左、右侧板转动连接，左、右支撑块的顶端后侧均设置有支撑块10，各支撑块10的上部均开设有转轴孔，各转轴孔内均设置有轴承，转轴11的两端分别穿入转轴孔的轴承内；煤层组块设置在围框内侧周圈，各所述煤层组块均包括块体13和设置在块体13底端的螺柱14，所述块体13为长×宽×高为5cm×5cm×15cm的塑料块体，块体13底部设置有直径为1cm、深度为2cm的圆柱凹槽，圆柱凹槽内不设置螺纹，螺柱14的顶部置于圆柱凹槽内。
所述围框的下方设置有采煤板4，前、后边框的底部均设置有与采煤板4相连的立柱12，采煤板4的后端伸入沉陷试验箱1内、前端伸出至沉陷试验箱1外侧，采煤板4上开设有一排排与煤层组块的螺柱14相适配的螺孔9，各煤层组块的螺柱14置于与之相对应的螺孔9内，开采前，各块体13与围框平齐，开采时，将螺柱14下移，从而带动块体13下移，模拟不同厚度、不同范围的煤层开采；采煤板4的前端设置有采煤板调斜机构，采煤板调斜机构包括两个液压千斤顶5，两个液压千斤顶5位于采煤板4前端的左、右两侧，各液压千斤顶5的顶部托座均通过连接杆8与采煤板4的前端相连，本发明可通过前后调整液压千斤顶5的位置，上下调节液压千斤顶5顶部托座的高度来调节采煤板4的倾角，以模拟常见的三种类型的采煤工作面，即水平工作面、倾斜工作面和急倾工作面。
本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (9)
1.一种岩层及地表沉陷模拟箱式试验装置，其特征在于：包括底座及设置在底座上的沉陷试验箱，沉陷试验箱内设置有若干个煤层组块，沉陷试验箱包括左侧板、右侧板、前侧板和后侧板，前、后侧板均为透明结构且前侧板可沿左、右侧板上下滑动，沉陷试验箱的顶端和底端均为开口结构，沉陷试验箱的下部内侧设置有用于安装煤层组块的围框，煤层组块设置在围框内侧周圈，围框的下方设置有采煤板，采煤板的后端伸入沉陷试验箱内、前端伸出至沉陷试验箱外侧，采煤板的前端设置有采煤板调斜机构。
2.根据权利要求1所述的一种岩层及地表沉陷模拟箱式试验装置，其特征在于：各所述煤层组块均包括块体和设置在块体底端的螺柱，采煤板上开设有一排排与煤层组块的螺柱相适配的螺孔，各煤层组块的螺柱置于与之相对应的螺孔内。
3.根据权利要求1所述的一种岩层及地表沉陷模拟箱式试验装置，其特征在于：所述采煤板调斜机构包括两个液压千斤顶，两个液压千斤顶位于采煤板前端的左、右两侧，各液压千斤顶的顶部托座均通过连接杆与采煤板的前端相连。
4.根据权利要求1所述的一种岩层及地表沉陷模拟箱式试验装置，其特征在于：所述前侧板的前端面以及后侧板的后端面上均沿竖直方向每5mm设置一个刻度值。
5.根据权利要求1所述的一种岩层及地表沉陷模拟箱式试验装置，其特征在于：所述左、右侧板的前部的相向内侧设置有前滑槽，左、右侧板的后部的相向内侧设置有后滑槽，前侧板置于前滑槽内，后侧板置于后滑槽内。
6.根据权利要求1所述的一种岩层及地表沉陷模拟箱式试验装置，其特征在于：所述围框包括前边框和后边框，前、后边框均呈U型，前边框的两边插入后边框的两边内且沿后边框的两边前后移动，后边框的底边内设置有转轴，后边框通过转轴与左、右侧板转动连接，前、后边框的底部均设置有与采煤板相连的立柱。
7.根据权利要求6所述的一种岩层及地表沉陷模拟箱式试验装置，其特征在于：所述底座包括左支撑块和右支撑块，左侧板设置在左支撑块的上方且与之固连，右侧板设置在右支撑块的上方且与之固连，左、右支撑块的顶端后侧均设置有支撑块，各支撑块的上部均开设有转轴孔，各转轴孔内均设置有轴承，转轴的两端分别穿入转轴孔的轴承内。
8.根据权利要求1所述的一种岩层及地表沉陷模拟箱式试验装置，其特征在于：所述前、后侧板为钢板或有机玻璃板。
9.根据权利要求1所述的一种岩层及地表沉陷模拟箱式试验装置，其特征在于：所述前、后侧板上均开设有用于铺设传感器的通孔。
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