CN108677866A - 一种地下水库三维相似模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下水库三维相似模拟装置，包括模拟实验平台(1)、水库模拟系统(2)、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；所述模拟实验平台(1)包括所述水库模拟系统(2)和设置在所述水库模拟系统上部和下部的若干岩层，所述水库模拟系统(2)包括坝体模拟系统(3)和设置在所述坝体模拟系统(3)内部的煤层模拟系统(4)，所述煤层模拟系统(4)由n个一天煤模拟水袋(5)从左至右依次排列而成，所述坝体模拟系统(4)包括坝体底板和四个坝体侧护板。本发明的设计不影响相似模拟研究的前提下具有封闭性质的水库坝体，可以对地下水库的库容和导水裂隙带发育等情况做更进一步的了解。

Description

一种地下水库三维相似模拟装置

技术领域

本发明涉及矿山机械领域，特别是涉及一种地下水库三维相似模拟装置。

背景技术

传统的相似模拟实验在模拟煤层开采和采空区充填的过程中，通过人工逐次开挖一段距离的煤层模拟材料，在三维相似模拟实验中，往往需要考虑边界效应，人工很难开挖内部的煤层模拟材料，特别对于地下水库的三维模拟，因为需要模拟水库坝体，因此为了保证水库坝体的完整性，整个工作面开挖的模拟都应该在一个相对封闭的情况下进行，因此如何模拟在一个相对封闭的情况下内部煤层开挖的模拟环节是需要研究的重点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对封闭情况下煤层的开挖，更是研究地下水库的库容和导水裂隙带发育等情况，设计出了一套地下水库三维相似模拟装置。

一种地下水库三维相似模拟装置，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；

所述模拟实验平台包括所述水库模拟系统和设置在所述水库模拟系统上部和下部的若干岩层，所述水库模拟系统包括坝体模拟系统和设置在所述坝体模拟系统内部的煤层模拟系统，所述煤层模拟系统由n个一天煤模拟水袋从左至右依次排列而成，所述一天煤模拟水袋包括水袋顶板、水袋底板和水袋侧护板，所述水袋顶板和水袋底板为有机板，所述水袋侧护板为高强度塑料薄膜，在左右两侧的高强度塑料薄膜的内侧固定有上下两个钛合金板，所述一天煤模拟水袋的水袋顶板能够在外力作用下上下自由活动，将所述一天煤模拟水袋的内部空间压缩或充满；

所述坝体模拟系统包括坝体底板和四个坝体侧护板；

本发明所述的地下水库三维相似模拟装置，其中，第一个所述一天煤模拟水袋的水袋顶板的右侧设置有凹槽，第n个所述一天煤模拟水袋的水袋顶板的左侧设置有凸起，第2～第n-1个所述一天煤模拟水袋的水袋顶板的左侧设置有一个凸起，右侧设置有凹槽。

本发明所述的地下水库三维相似模拟装置，其中，所述智能均布加载系统包括液压系统、加压板和铁块，所述铁块的数量为多个，交错铺设在位于最上方的所述岩层的顶部，在所述铁块的顶部设置有四个所述加压板，所述液压系统包括两个分别设置在所述模拟实验平台左右两侧的支柱，所述支柱包括下支柱和与所述下支柱的上端活动连接的上支柱，所述上支柱的上端连接有两个水平杆的一端，所述水平杆的另一端分别连接有一个液压顶，每个所述液压顶分别连接一个所述加压板；

所述实时监测系统包括多通道压力监测系统、多通道含水率监测系统和正面影像分析系统；

所述多通道压力监测系统包括多个BW箔式压力传感器，分为两组，分别设置在所述水库模拟系统的上部和下部；

所述多通道含水率监测系统设置在所述水库模拟系统的上部，包括探针固定板和固定在其上的多对探针，所述探针与外接电源相连；

所述正面影像分析系统包括数码相机，设置在所述模拟实验平台的正前方。

本发明所述的地下水库三维相似模拟装置，其中，所述智能骨料装载压实系统包括支撑杆、V型骨料喷射装置和压实滚轮；

所述支撑杆水平设置在所述模拟实验平台的上部，所述V型骨料喷射装置包括骨料仓、滚动棍和偏心棍，所述骨料仓由呈V字型设置的第一挡板和第二挡板构成，所述第一挡板的长度大于所述第二挡板的长度，所述第一挡板和第二挡板之间通过前侧板和后侧板连接，形成用于容纳骨料的仓体，在所述骨料仓的底部设置有缺口，在所述前侧板和所述后侧板之间固定有所述滚动棍，在所述滚动棍上均匀设置有多个凹槽，所述滚动棍设置为分别与所述第一挡板和所述第二挡板内切，在所述第二挡板的外侧设置有所述偏心棍，所述第一挡板的顶端与所述支撑杆活动连接。

本发明所述的地下水库三维相似模拟装置，其中，所述支撑杆为前后两根；在所述前侧板的外侧设置有第一电机，所述第一电机与智能控速系统连接，所述第一电机的转动轴与所述滚动棍的转动轴之间通过皮带连接，所述第一电机的转动轴的直径为30mm，所述滚动棍的转动轴的直径为150mm；所述后侧板上固定有第二电机，所述第二电机的转动轴与所述偏心棍的转动轴之间通过皮带连接，所述第二电机的转动轴的直径为150mm，所述偏心棍的转动轴的直径为30mm。

本发明所述的地下水库三维相似模拟装置，其中，所述模拟实验平台为长方体装置，长为8000mm，宽为2600mm，高为3800mm；所述模拟实验平台的底板和左右两侧的侧板均为钢板，前侧的侧板为透明材料制成，后侧的侧板由多个侧护板上下堆叠固定而成，所述侧护板包括板体和固定在所述板体上端和下端的支撑板，在所述板体的左右两侧采用螺丝固定；

所述坝体模拟系统的所述坝体底板和四个所述坝体侧护板均采用有机板制成，所述坝体底板的厚度为3mm，所述坝体侧护板的厚度为4mm；

所述智能均布加载系统的支柱距离所述模拟实验平台的距离为1m，所述铁块的规格为长×宽×高＝160mm×52mm×20mm和长×宽×高＝80mm×52mm×20mm，所述加压板的压力值最大为1.2MPa。

本发明所述的地下水库三维相似模拟装置，其中，多个所述一天煤模拟水袋的总长度为2000mm，水袋顶板的厚度为4mm，水袋底板的厚度为2mm，所述钛合金板的厚度为2mm，所述水袋顶板和所述水袋底板的硬度要求HB＞20，所述钛合金板的硬度要求HB＞150；

所述一天煤模拟水袋的数量为100个，总长6m，在第一个所述一天煤模拟水袋的左侧和最后一个所述一天煤模拟水袋的右侧1m范围内设置有采用骨料堆砌的煤柱；

所有的所述一天煤模拟水袋的内部空间连接起来用于模拟待开采的煤层；

所述坝体底板距离待开采的所述煤层的底板的距离为13mm。

本发明所述的地下水库三维相似模拟装置，其中，所述多通道压力监测系统中，两组BW箔式压力传感器，每组为15个，分别设置在距离所述水库模拟系统的顶部以上400-600mm处和底部以下30mm处；每组中15个BW箔式压力传感器的布置方式为：每组距离所述模拟实验平台两侧距离为1500mm，前后距离为500mm，每组中相邻两个所述BW箔式压力传感器之间的左右间隔为1000mm，前后间隔为800mm；

所述多通道含水率监测系统水平设置在所述水库模拟系统的上部，距离所述水库模拟系统的顶部之间的距离为所述待开采煤层厚度的12～18倍；

所述正面影像分析系统设置在所述模拟实验平台的正前方3m处；

所述多通道含水率监测系统中的探针数量为6对，每对探针均有AB两根，长度为10mm，所述探针下端均固定在所述探针固定板上，所述探针固定板为塑料平板，长宽高分别为为350mm、300mm和4mm。

本发明所述的地下水库三维相似模拟装置，其中，所述模拟实验平台的顶部四个角设置有4个固定柱，在所述固定柱上沿所述模拟实验平台的长度方向上固定有两个所述支撑杆，所述V型骨料喷射装置和所述压实滚轮的宽度均为2600mm，所述滚动棍为直径300mm的圆柱体，所述压实滚轮的尺寸为外径0.3m，内径0.29m，长度2595mm，铁质，重量：380kg；所述滚动棍上的所述凹槽左右长为20mm，前后宽为20mm，深为20mm，相邻的两个所述凹槽之间的边缘部分厚度为1mm。

本发明所述的地下水库三维相似模拟装置的安装方法，包括如下步骤：

架设模拟实验平台的底板、左右两侧、前侧和后侧的侧板，其中，前侧的侧板先用和后侧的侧板相同的侧护板固定；

在所述模拟实验平台中铺设各个岩层、水库模拟系统、智能均布加载系统和实时监测系统，所述实时监测系统中探针之间的土壤介电常数代表了土壤的湿度，电阻信号被转化为含水率值，在电脑客户端直接显示并记录，外接电源为锂电池组盒，电压3.6-15VDC，刚开始每隔30s测量一次，当含水率变化时，变为3s测一次，不测量时电流为0.2mA，测量时变为40mA；

所述岩层的铺设过程采用智能骨料装载压实系统，在使用时，压实滚轮在中间靠右的部分，V型骨料喷射装置以一定的喷射速率和一定的运移速度向右喷射骨料，达到中间位置时，停止喷射骨料和运移，将所述压实滚轮缓慢近乎匀速的移动到左边，然后所述V型骨料喷射装置重新开始喷射骨料和运移，完成骨料铺设后，继续将所述压实滚轮缓慢近乎匀速的从左边移到右边，然后所述V型骨料喷射装置又缓慢匀速地从右边移到左边，开始下一层铺设；

待整个模型做完风干后拆除所述模拟实验平台的前侧的侧板上的所述侧护板，安装上透明钢化玻璃。

本发明地下水库三维相似模拟装置与现有技术不同之处在于：

1、本发明地下水库三维相似模拟装置针对地下水库的三维相似模拟，除针对封闭情况下煤层的开挖，更是研究地下水库的库容和导水裂隙带发育等情况，到目前为止，暂未检索到相关文献或专利显示有人做过此类研究，这个作用是目前没人做到的；

2、本发明的设计不影响相似模拟研究的前提下具有封闭性质的水库坝体，对地下水库的库容和导水裂隙带发育等情况做更进一步的了解；

3、本发明的智能骨料装载压实系统，实现了科学高效的相似模拟铺设流程；

下面结合附图对本发明的地下水库三维相似模拟装置作进一步说明。

附图说明

图1为本发明中模拟实验平台以及智能均布加载系统的结构示意图；

图2为本发明中水库模拟系统的结构示意图；

图3为本发明中智能骨料装载压实系统的立体结构示意图；

图4为本发明中智能骨料装载压实系统的剖面结构示意图；

图5为本发明中水库模拟系统的俯视图；

图6为本发明中第一个一天煤模拟水袋处于充满状态下的水库模拟系统的正视图；

图7为本发明中第一个一天煤模拟水袋处于半压缩状态下的水库模拟系统的正视图；

图8为本发明中第一个一天煤模拟水袋处于完全压缩状态下的水库模拟系统的正视图；

图9为本发明中一天煤模拟水袋的剖面结构示意图；

图10为本发明中智能均布加载系统的剖面结构示意图；

图11为本发明中多通道压力监测系统的俯视图；

图12为本发明中多通道含水率监测系统的结构示意图；

图13为本发明中水库模拟系统在模拟实验平台中的位置示意图。

具体实施方式

如图1～图13所示，一种地下水库三维相似模拟装置，包括模拟实验平台1、水库模拟系统2、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；

模拟实验平台1包括水库模拟系统2和设置在水库模拟系统上部和下部的若干岩层，水库模拟系统2包括坝体模拟系统3和设置在坝体模拟系统3内部的煤层模拟系统4，煤层模拟系统4由n个独立的一天煤模拟水袋5从左至右依次排列而成，一天煤模拟水袋5包括水袋顶板、水袋底板和水袋侧护板，水袋顶板和水袋底板为有机板，水袋侧护板为高强度塑料薄膜6，在左右两侧的高强度塑料薄膜6的内侧固定有上下两个钛合金板7，一天煤模拟水袋5的水袋顶板能够在外力作用下上下自由活动，将一天煤模拟水袋5的内部空间压缩或充满；

坝体模拟系统4包括坝体底板和四个坝体侧护板；

第一个一天煤模拟水袋5的水袋顶板的右侧设置有凹槽，第n个一天煤模拟水袋5的水袋顶板的左侧设置有凸起，第2～第n-1个一天煤模拟水袋5的水袋顶板的左侧设置有一个凸起，右侧设置有凹槽。

智能均布加载系统包括液压系统、加压板8和铁块9，铁块9的数量为多个，交错铺设在位于最上方的岩层的顶部，在铁块9的顶部设置有四个加压板8，用于均匀承受分布压力，为保证均匀加载，同时设计了四套加压板8，液压系统包括两个分别设置在模拟实验平台1左右两侧的支柱，支柱包括下支柱10和与下支柱10的上端活动连接的上支柱11，上支柱11的上端连接有两个水平杆12的一端，水平杆12的另一端分别连接有一个液压顶13，每个液压顶13分别连接一个加压板8；上支柱11可以旋转，可以上升与下降，不耽误铺设材料；当位置固定好之后，通过液压顶13提供精准动力，模拟上覆未模拟的岩层的自重；四套液压柱连接着智能控制系统，每块加压板8的压力可控制在相同固定值，最大值可达1.2MPa；

实时监测系统包括多通道压力监测系统、多通道含水率监测系统和正面影像分析系统；

多通道压力监测系统包括多个BW箔式压力传感器14，分为两组，分别设置在水库模拟系统2的上部和下部；通过数据采集仪实时监测BW箔式压力传感器14输出的电量变化信号，通过信号转换可得出开采过程中模拟范围内地层内部应力传播与迁移及演化规律。

在模型平面中心位置，即裂隙带发育区，布设有多通道含水率监测系统，可以监测裂隙带发育造成的模型含水率变化情况。多通道含水率监测系统设置在水库模拟系统的上部，包括探针固定板23和固定在其上的多对探针24，探针24与外接电源相连；探针24之间的土壤电阻代表了土壤的湿度，即含水率每一对探针24都代表一路电路，电阻信号被转化为含水率值，在电脑客户端直接显示并记录。

正面影像分析系统包括数码相机，设置在模拟实验平台的正前方，通过观测模型表面目标点在试验开采前后的数字图像，对开采前后图像进行分析，得出采场不同区域覆岩表面位移变化规律。

智能骨料装载压实系统包括支撑杆15、V型骨料喷射装置16和压实滚轮17；

支撑杆15水平设置在模拟实验平台1的上部，V型骨料喷射装置16包括骨料仓、滚动棍18和偏心棍19，骨料仓由呈V字型设置的第一挡板20和第二挡板21构成，装骨料，可由电脑控制以一定速率沿支撑杆15运移；第一挡板20的长度大于第二挡板21的长度，第一挡板20和第二挡板21之间通过前侧板和后侧板连接，形成用于容纳骨料的仓体，在骨料仓的底部设置有缺口22，在前侧板和后侧板之间固定有滚动棍18，在滚动棍18上均匀设置有多个凹槽，这样就细分了每次骨料的量，通过转速和移动速度，即可精确调节每一层岩层的高度；滚动棍18设置为分别与第一挡板20和第二挡板21内切，滚动棍18的转动，将滚动棍18上方的骨料装满，刮平，转动运送到滚动棍18以下；实现了骨料定量供应；在第二挡板21的外侧设置有偏心棍19，第一挡板20的顶端与支撑杆15活动连接。偏心棍19的震动造成骨料在前后平面上均匀平整，即模拟实验平台1宽的方向上，骨料均一；且震动造成滚动棍18骨料转动时，下方的骨料能掉落到模型中去；保证骨料不堆积，不凝结。

支撑杆15为前后两根；在前侧板的外侧设置有第一电机，第一电机与智能控速系统连接，第一电机的转动轴与滚动棍18的转动轴之间通过皮带连接，第一电机的转动轴的直径为30mm，滚动棍18的转动轴的直径为150mm；后侧板上固定有第二电机，第二电机的转动轴与偏心棍19的转动轴之间通过皮带连接，第二电机的转动轴的直径为150mm，偏心棍19的转动轴的直径为30mm。

这样的系统设计原因有2：首先三维模型面积大，人工铺设骨料不均匀，压实也不均匀，特别是面积大，造成了认为很难判断到底哪里高哪里低，哪里松哪里密实，而V型骨料喷射装置16以一定的出料速度，根据岩层厚度即可确定需要的运移速度，因此当V型骨料喷射装置16从左运移到右，控制住骨料刚好喷洒完全，保证喷洒骨料的均匀性，而通过缓慢近乎匀速的人工推动压实滚轮17也保证了压实的均匀性；其次，缓慢近乎匀速的人工推动压实滚轮17，对于一天煤模拟水袋5模拟地下水库非常重要，因为水的流动性，当以传统方式砸实铺设的骨料时，水的流动性会造成前面砸好的骨料反弹松散，效果适得其反，因此整个设计非常适合带水的相似模拟实验。

模拟实验平台1为长方体装置，长为8000mm，宽为2600mm，高为3800mm；这么设计的原因是，模拟按照100:1的缩放比设计的，因此以宽为设计核心，以200m工作面倾斜长为标准，两侧各30m煤柱，则宽定位2600mm，考虑到裂隙带的发育高度以煤层厚度10m计算，则至少要求1000mm以上的高度，又考虑到含水层距离煤层的关系不定，因此一般高度定的较大则模型运用范围越大，因此结合作业难度和造价成本考虑，设计在3800mm；而长度则是因为至少要保证煤层开挖模拟至少要超过大见方的3倍以上，以至少完成一次初次来压和两次周期来压，再结合作业难度和造价成本考虑因此设计为8000mm合适。

模拟实验平台1的底板和左右两侧的侧板均为钢板，前侧的侧板为透明材料制成，后侧的侧板由多个侧护板上下堆叠固定而成，侧护板包括板体和固定在板体上端和下端的支撑板，在板体的左右两侧采用螺丝固定；侧护板的整体结构类似于将工字钢沿中间纵向切成一半的结构，切的那面(板体)贴在模型架子上，两侧用螺丝固定，上下各有一个平面(支撑板)，主要作用是方便运移，抬，拉，同时上下支撑板之间接触，进一步密封。

坝体模拟系统4的坝体底板和四个坝体侧护板均采用有机板制成，坝体底板的厚度为3mm，坝体侧护板的厚度为4mm；坝体模拟系统4主要是长宽高的尺寸略大于煤层模拟系统3，坝体底板和四周均为厚硬有机板构成，主要作用为模拟水库坝体；

智能均布加载系统的支柱距离模拟实验平台1的距离为1m，铁块9的规格为长×宽×高＝160mm×52mm×20mm和长×宽×高＝80mm×52mm×20mm，加压板8的压力值最大为1.2MPa。

多个一天煤模拟水袋5的总长度为2000mm，水袋顶板的厚度为4mm，水袋底板的厚度为2mm，钛合金板7的厚度为2mm，水袋顶板和水袋底板的硬度要求HB＞20，钛合金板7的硬度要求HB＞150；有机板是由一种名叫Polystyrene(聚苯乙烯)的物质为主要原料构成的，硬度与有机玻璃相当。

一天煤模拟水袋5的数量为100个，总长6m，在第一个一天煤模拟水袋5的左侧和最后一个一天煤模拟水袋5的右侧1m范围内设置有采用骨料堆砌的煤柱，以降低成本；每一个一天煤模拟水袋5模拟一天开采的煤层，一般根据相似模拟比例得出，如100:1的模拟比例，设计采煤进度为6m/天，则每一层水袋宽度为60mm，5m厚的煤层，则高度为50mm，本设计要求模拟每天进尺长度大于煤层厚度；长度为模拟实验平台1的宽度-600mm，则一个一天煤模拟水袋5长度为2000mm。

所有的一天煤模拟水袋5的内部空间连接起来用于模拟待开采的煤层；当内部充水强度较大时，能保证一天煤模拟水袋5仍然处于方形状态，且左右两侧水袋侧护板可以起到支撑的作用，当抽水模拟采煤时，左右两侧水袋侧护板折起，可以折叠到厚度为10mm的折合体，且折合起来以后稳定结实，松散度极低，因为水袋顶板，水袋底板和水袋侧护板均由有机板和钛合金板7构成；水袋前后由高强度塑料薄膜6组成；如此，则当每一个一天煤模拟水袋5都充满水，顶板的抗压效果将相当于一块完整的水袋顶板替代，但是当模拟一天煤开采时，又不会影响一天煤的开采的模拟效果；

坝体底板距离待开采的煤层的底板的距离为13mm。即整个水库模拟系统2并不是与现实一样，而是埋藏在煤层底板内，距离模拟的煤层底板13mm。

多通道压力监测系统中，两组BW箔式压力传感器14，每组为15个，分别设置在距离水库模拟系统2的顶部以上400-600mm处和底部以下30mm处；每组中15个BW箔式压力传感器14的布置方式为：每组距离模拟实验平台两侧距离为1500mm，前后距离为500mm，每组中相邻两个BW箔式压力传感器14之间的左右间隔为1000mm，前后间隔为800mm；

多通道含水率监测系统水平设置在水库模拟系统2的上部，距离水库模拟系统2的顶部之间的距离为待开采煤层厚度的12～18倍；

正面影像分析系统设置在模拟实验平台1的正前方3m处；

多通道含水率监测系统中的探针24数量为6对，每对探针24均有AB两根，长度为10mm，探针24下端均固定在探针固定板23上，探针固定板23为塑料平板，长宽高分别为为350mm、300mm和4mm。

模拟实验平台1的顶部四个角设置有4个固定柱，在固定柱上沿模拟实验平台1的长度方向上固定有两个支撑杆15，V型骨料喷射装置16和压实滚轮17的宽度均为2600mm，滚动棍18为直径300mm的圆柱体，压实滚轮17的尺寸为外径0.3m，内径0.29m，长度2595mm，铁质，重量：380kg，通过缓慢近乎匀速的推动，压实了模型骨料；滚动棍18上的凹槽左右长为20mm，前后宽为20mm，深为20mm，相邻的两个凹槽之间的边缘部分厚度为1mm。

本发明的地下水库三维相似模拟装置的安装方法，包括如下步骤：

架设模拟实验平台1的底板、左右两侧、前侧和后侧的侧板，其中，前侧的侧板先用和后侧的侧板相同的侧护板固定；

在模拟实验平台1中铺设各个岩层、水库模拟系统2、智能均布加载系统和实时监测系统，实时监测系统中探针24之间的土壤介电常数代表了土壤的湿度，电阻信号被转化为含水率值，在电脑客户端直接显示并记录，外接电源为锂电池组盒，电压3.6-15VDC，刚开始每隔30s测量一次，当含水率变化时，变为3s测一次，不测量时电流为0.2mA，测量时变为40mA；

岩层的铺设过程采用智能骨料装载压实系统，在使用时，压实滚轮17在中间靠右的部分，V型骨料喷射装置16以一定的喷射速率和一定的运移速度向右喷射骨料，其目的是保证每一层骨料喷射平整，均匀，达到中间位置时，停止喷射骨料和运移，将压实滚轮17缓慢近乎匀速的移动到左边，然后V型骨料喷射装置16重新开始喷射骨料和运移，完成骨料铺设后，继续将压实滚轮17缓慢近乎匀速的从左边移到右边，然后V型骨料喷射装置16又缓慢匀速地从右边移到左边，开始下一层铺设；

待整个模型做完风干后拆除模拟实验平台1的前侧的侧板上的侧护板，安装上透明钢化玻璃，用于观察岩层变化情况；。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种地下水库三维相似模拟装置，其特征在于：包括模拟实验平台(1)、水库模拟系统(2)、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；

所述模拟实验平台(1)包括所述水库模拟系统(2)和设置在所述水库模拟系统上部和下部的若干岩层，所述水库模拟系统(2)包括坝体模拟系统(3)和设置在所述坝体模拟系统(3)内部的煤层模拟系统(4)，所述煤层模拟系统(4)由n个一天煤模拟水袋(5)从左至右依次排列而成，所述一天煤模拟水袋(5)包括水袋顶板、水袋底板和水袋侧护板，所述水袋顶板和水袋底板为有机板，所述水袋侧护板为高强度塑料薄膜(6)，在左右两侧的高强度塑料薄膜(6)的内侧固定有上下两个钛合金板(7)，所述一天煤模拟水袋(5)的水袋顶板能够在外力作用下上下自由活动，将所述一天煤模拟水袋(5)的内部空间压缩或充满；

所述坝体模拟系统(4)包括坝体底板和四个坝体侧护板。

2.根据权利要求1所述的地下水库三维相似模拟装置，其特征在于：第一个所述一天煤模拟水袋(5)的水袋顶板的右侧设置有凹槽，第n个所述一天煤模拟水袋(5)的水袋顶板的左侧设置有凸起，第2～第n-1个所述一天煤模拟水袋(5)的水袋顶板的左侧设置有一个凸起，右侧设置有凹槽。

3.根据权利要求2所述的地下水库三维相似模拟装置，其特征在于：所述智能均布加载系统包括液压系统、加压板(8)和铁块(9)，所述铁块(9)的数量为多个，交错铺设在位于最上方的所述岩层的顶部，在所述铁块(9)的顶部设置有四个所述加压板(8)，所述液压系统包括两个分别设置在所述模拟实验平台(1)左右两侧的支柱，所述支柱包括下支柱(10)和与所述下支柱(10)的上端活动连接的上支柱(11)，所述上支柱(11)的上端连接有两个水平杆(12)的一端，所述水平杆(12)的另一端分别连接有一个液压顶(13)，每个所述液压顶(13)分别连接一个所述加压板(8)；

所述实时监测系统包括多通道压力监测系统、多通道含水率监测系统和正面影像分析系统；

所述多通道压力监测系统包括多个BW箔式压力传感器(14)，分为两组，分别设置在所述水库模拟系统(2)的上部和下部；

所述多通道含水率监测系统设置在所述水库模拟系统的上部，包括探针固定板(23)和固定在其上的多对探针(24)，所述探针(24)与外接电源相连；

所述正面影像分析系统包括数码相机，设置在所述模拟实验平台的正前方。

4.根据权利要求3所述的地下水库三维相似模拟装置，其特征在于：所述智能骨料装载压实系统包括支撑杆(15)、V型骨料喷射装置(16)和压实滚轮(17)；

所述支撑杆(15)水平设置在所述模拟实验平台(1)的上部，所述V型骨料喷射装置(16)包括骨料仓、滚动棍(18)和偏心棍(19)，所述骨料仓由呈V字型设置的第一挡板(20)和第二挡板(21)构成，所述第一挡板(20)的长度大于所述第二挡板(21)的长度，所述第一挡板(20)和第二挡板(21)之间通过前侧板和后侧板连接，形成用于容纳骨料的仓体，在所述骨料仓的底部设置有缺口(22)，在所述前侧板和所述后侧板之间固定有所述滚动棍(18)，在所述滚动棍(18)上均匀设置有多个凹槽，所述滚动棍(18)设置为分别与所述第一挡板(20)和所述第二挡板(21)内切，在所述第二挡板(21)的外侧设置有所述偏心棍(19)，所述第一挡板(20)的顶端与所述支撑杆(15)活动连接。

5.根据权利要求4所述的地下水库三维相似模拟装置，其特征在于：所述支撑杆(15)为前后两根；在所述前侧板的外侧设置有第一电机，所述第一电机与智能控速系统连接，所述第一电机的转动轴与所述滚动棍(18)的转动轴之间通过皮带连接，所述第一电机的转动轴的直径为30mm，所述滚动棍(18)的转动轴的直径为150mm；所述后侧板上固定有第二电机，所述第二电机的转动轴与所述偏心棍(19)的转动轴之间通过皮带连接，所述第二电机的转动轴的直径为150mm，所述偏心棍(19)的转动轴的直径为30mm。

6.根据权利要求5所述的地下水库三维相似模拟装置，其特征在于：所述模拟实验平台(1)为长方体装置，长为8000mm，宽为2600mm，高为3800mm；所述模拟实验平台(1)的底板和左右两侧的侧板均为钢板，前侧的侧板为透明材料制成，后侧的侧板由多个侧护板上下堆叠固定而成，所述侧护板包括板体和固定在所述板体上端和下端的支撑板，在所述板体的左右两侧采用螺丝固定；

所述坝体模拟系统(4)的所述坝体底板和四个所述坝体侧护板均采用有机板制成，所述坝体底板的厚度为3mm，所述坝体侧护板的厚度为4mm；

所述智能均布加载系统的支柱距离所述模拟实验平台(1)的距离为1m，所述铁块(9)的规格为长×宽×高＝160mm×52mm×20mm和长×宽×高＝80mm×52mm×20mm，所述加压板(8)的压力值最大为1.2MPa。

7.根据权利要求6所述的地下水库三维相似模拟装置，其特征在于：多个所述一天煤模拟水袋(5)的总长度为2000mm，水袋顶板的厚度为4mm，水袋底板的厚度为2mm，所述钛合金板(7)的厚度为2mm，所述水袋顶板和所述水袋底板的硬度要求HB＞20，所述钛合金板(7)的硬度要求HB＞150；

所述一天煤模拟水袋(5)的数量为100个，总长6m，在第一个所述一天煤模拟水袋(5)的左侧和最后一个所述一天煤模拟水袋(5)的右侧1m范围内设置有采用骨料堆砌的煤柱；

所有的所述一天煤模拟水袋(5)的内部空间连接起来用于模拟待开采的煤层；

所述坝体底板距离待开采的所述煤层的底板的距离为13mm。

8.根据权利要求7所述的地下水库三维相似模拟装置，其特征在于：所述多通道压力监测系统中，两组BW箔式压力传感器(14)，每组为15个，分别设置在距离所述水库模拟系统(2)的顶部以上400-600mm处和底部以下30mm处；每组中15个BW箔式压力传感器(14)的布置方式为：每组距离所述模拟实验平台两侧距离为1500mm，前后距离为500mm，每组中相邻两个所述BW箔式压力传感器(14)之间的左右间隔为1000mm，前后间隔为800mm；

所述多通道含水率监测系统水平设置在所述水库模拟系统(2)的上部，距离所述水库模拟系统(2)的顶部之间的距离为所述待开采煤层厚度的12～18倍；

所述正面影像分析系统设置在所述模拟实验平台(1)的正前方3m处；

所述多通道含水率监测系统中的探针(24)数量为6对，每对探针(24)均有AB两根，长度为10mm，所述探针(24)下端均固定在所述探针固定板(23)上，所述探针固定板(23)为塑料平板，长宽高分别为为350mm、300mm和4mm。

9.根据权利要求8所述的地下水库三维相似模拟装置，其特征在于：所述模拟实验平台(1)的顶部四个角设置有4个固定柱，在所述固定柱上沿所述模拟实验平台(1)的长度方向上固定有两个所述支撑杆(15)，所述V型骨料喷射装置(16)和所述压实滚轮(17)的宽度均为2600mm，所述滚动棍(18)为直径300mm的圆柱体，所述压实滚轮(17)的尺寸为外径0.3m，内径0.29m，长度2595mm，铁质，重量：380kg；所述滚动棍(18)上的所述凹槽左右长为20mm，前后宽为20mm，深为20mm，相邻的两个所述凹槽之间的边缘部分厚度为1mm。

10.权利要求9所述的地下水库三维相似模拟装置的安装方法，其特征在于：包括如下步骤：

架设模拟实验平台(1)的底板、左右两侧、前侧和后侧的侧板，其中，前侧的侧板先用和后侧的侧板相同的侧护板固定；

在所述模拟实验平台(1)中铺设各个岩层、水库模拟系统(2)、智能均布加载系统和实时监测系统，所述实时监测系统中探针(24)之间的土壤介电常数代表了土壤的湿度，电阻信号被转化为含水率值，在电脑客户端直接显示并记录，外接电源为锂电池组盒，电压3.6-15VDC，刚开始每隔30s测量一次，当含水率变化时，变为3s测一次，不测量时电流为0.2mA，测量时变为40mA；

所述岩层的铺设过程采用智能骨料装载压实系统，在使用时，压实滚轮(17)在中间靠右的部分，V型骨料喷射装置(16)以一定的喷射速率和一定的运移速度向右喷射骨料，达到中间位置时，停止喷射骨料和运移，将所述压实滚轮(17)缓慢近乎匀速的移动到左边，然后所述V型骨料喷射装置(16)重新开始喷射骨料和运移，完成骨料铺设后，继续将所述压实滚轮(17)缓慢近乎匀速的从左边移到右边，然后所述V型骨料喷射装置(16)又缓慢匀速地从右边移到左边，开始下一层铺设；

待整个模型做完风干后拆除所述模拟实验平台(1)的前侧的侧板上的所述侧护板，安装上透明钢化玻璃。