CN108766190B - 一种可模拟伪顶的三维相似模拟系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可模拟伪顶的三维相似模拟系统，包括三维相似模拟实验平台(1)，其中设置有煤层模拟系统、伪顶模拟系统(4)和其他岩层；所述煤层模拟系统包括多个从左到右依次排列的千斤顶，所述千斤顶包括活柱(2)和连接在所述活柱后端的千斤顶缸体(3)，所述伪顶模拟系统(4)设置在所述活柱(2)的上部，包括多个从前到后依次排列的伪顶模拟片，所述伪顶模拟片由多个从左到右依次铰接的铁片(5)构成。本发明可模拟伪顶的三维相似模拟系统完全还原模拟煤层开采场景以及对顶底板造成的规律影响研究，期望最大可能的去还原煤层开采现场状态。
Description
技术领域
本发明涉及矿业领域教学研究与科研实验，特别是涉及一种用于可模拟伪顶的三维相似模拟系统。
背景技术
三维相似模拟就是传统的相似模拟实验的优化与改良，传统的二维相似模拟宽度只有20cm，完全没有考虑边界效应对开采压力的影响，同时，目前为止相似模拟都没有考虑到伪顶的影响，这些都是不完全符合相似实验的原则。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可模拟伪顶的三维相似模拟系统，所述系统完全还原模拟煤层开采场景以及对顶底板造成的规律影响研究，包括考虑边界效应，包括考虑伪顶，包括考虑煤层推进速度等多个因素，期望最大可能的去还原煤层开采现场状态。
一种可模拟伪顶的三维相似模拟系统，包括三维相似模拟实验平台，其中设置有煤层模拟系统、伪顶模拟系统和其他岩层；
所述三维相似模拟实验平台为长方体，其后侧的侧板上水平设置有长条形通孔，所述煤层模拟系统包括多个从左到右依次排列的千斤顶，所述千斤顶包括活柱和连接在所述活柱后端的千斤顶缸体，所述千斤顶缸体的后端从所述长条形通孔中穿出，并与千斤顶的系统主机相连；
所述伪顶模拟系统设置在所述活柱的上部，包括多个从前到后依次排列的伪顶模拟片，所述伪顶模拟片由多个从左到右依次铰接的铁片构成。
本发明所述的可模拟伪顶的三维相似模拟系统，其中，所述千斤顶的数量为n，每个所述伪顶模拟片中所述铁片的数量为n-1，长度与所述千斤顶缸体的直径一致；
每个所述铁片均设置在相邻两个所述活柱的上部，相邻两个所述铁片之间的铰接部分的中心轴和位于其下部的所述活柱的中心轴所在的平面与竖直面之间的夹角为a，a大于15度，且所述铰接部分的中心轴在位于其下部的所述活柱的中心轴的左侧。
本发明所述的可模拟伪顶的三维相似模拟系统，其中，所述三维相似模拟实验平台的长宽高分别为4000mm、4000mm和3000mm，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；
所述煤层模拟系统的两侧和前端距离所述三维相似模拟实验平台之间的距离均为400mm，填充骨料后作为模拟煤柱。
本发明所述的可模拟伪顶的三维相似模拟系统，其中，所述活柱为圆柱体，直径为煤层厚度h，长度为3200mm，所述千斤顶缸体为长方体，长度为3400mm，宽度和高度均为h+14mm,所述千斤顶缸体和所述活柱的中心轴重合。
本发明所述的可模拟伪顶的三维相似模拟系统，其中，所述铁片的长宽和厚度分别为h+14mm、50mm和2mm。
本发明所述的可模拟伪顶的三维相似模拟系统，其中，所述伪顶模拟片的数量为64，所述每个所述伪顶模拟片中所述铁片的数量为3200/(h+14)。
本发明可模拟伪顶的三维相似模拟系统与现有技术不同之处在于：
本发明可模拟伪顶的三维相似模拟系统完全还原模拟煤层开采场景以及对顶底板造成的规律影响研究，包括考虑边界效应，包括考虑伪顶，包括考虑煤层推进速度等多个因素，期望最大可能的去还原煤层开采现场状态。
本发明可模拟伪顶的三维相似模拟系统中伪顶模拟系统作用主要是：
1、完全模拟了伪顶在实际生产中的随采随落，为实际应力模拟提供了更真实的环境，为岩层的破裂和顶板的垮落都模拟了更为合理的空间；
2、由于千斤顶缸体部分尺寸大于千斤顶活柱部分，所以千斤顶活柱部分之间有间隙，伪顶模拟系统可以保护活柱部分的间隙，使模拟更加真实，同时也可以保护活柱不被砂石包围，提高缸体使用寿命。
下面结合附图对本发明的可模拟伪顶的三维相似模拟系统作进一步说明。
附图说明
图1为本发明可模拟伪顶的三维相似模拟系统的煤层模拟系统的俯视结构示意图；
图2为本发明可模拟伪顶的三维相似模拟系统中煤层模拟系统和伪顶模拟系统的俯视结构示意图；
图3为本发明可模拟伪顶的三维相似模拟系统中煤层模拟系统和伪顶模拟系统的正视图的一部分(其中，第一个活柱被抽出了，用于模拟一部分煤已开采)。
具体实施方式
如图1～图3所示，一种可模拟伪顶的三维相似模拟系统，包括三维相似模拟实验平台1，其中设置有煤层模拟系统、伪顶模拟系统4和其他岩层；
三维相似模拟实验平台1为长方体，其后侧的侧板上水平设置有长条形通孔，煤层模拟系统包括多个从左到右依次排列的千斤顶，千斤顶包括活柱2和连接在活柱后端的千斤顶缸体3，千斤顶缸体3的后端从长条形通孔中穿出，并与千斤顶的系统主机相连；
伪顶模拟系统4设置在活柱2的上部，包括多个从前到后依次排列的伪顶模拟片，伪顶模拟片由多个从左到右依次铰接的铁片5构成。
千斤顶的系统主机可以控制千斤顶收缩的速度，以此来模拟煤层开采速度，从左往右数，第一根逐渐往上收缩，收缩到停采线时，第二根开始收缩，以此类推，从而模拟煤层开采。
以下为优选技术方案：
千斤顶的数量为n，每个伪顶模拟片中铁片5的数量为n-1，长度与千斤顶缸体3的直径一致，千斤顶缸体3模拟煤柱部分；
每个铁片5均设置在相邻两个活柱2的上部，相邻两个铁片5之间的铰接部分的中心轴和位于其下部的活柱2的中心轴所在的平面与竖直面之间的夹角为a，a大于15度，且铰接部分的中心轴在位于其下部的活柱2的中心轴的左侧。这样设置的优点：是每个活柱2收缩之后，后面一个铁片5就可以弯曲到最下方，如果在正上方，如果在正上方，考虑到伪顶的强度，会沿着圆的外边相切，最终会弯曲不下来。图中粗线为铰接部分。
三维相似模拟实验平台1的长宽高分别为4000mm、4000mm和3000mm，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；
煤层模拟系统的两侧和前端距离三维相似模拟实验平台1之间的距离均为400mm，填充骨料后作为模拟煤柱。
活柱2为圆柱体，直径为煤层厚度h，长度为3200mm，所述千斤顶缸体3为长方体，长度为3400mm，宽度和高度均为h+14mm,千斤顶缸体3和活柱2的中心轴重合。铁片5的长宽和厚度分别为h+14mm、50mm和2mm。伪顶模拟片的数量为64，每个伪顶模拟片中铁片5的数量为3200/(h+14)。整个伪顶模拟系统4共3200*64/(h+14)个铁片5。
随着煤层的开采，活柱2的收缩，铁片开始下沉，下沉顺序为从前至后，由左至右。
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 (6)
1.一种可模拟伪顶的三维相似模拟系统，其特征在于：包括三维相似模拟实验平台(1)，其中设置有煤层模拟系统、伪顶模拟系统(4)和其他岩层；
所述三维相似模拟实验平台(1)为长方体，其后侧的侧板上水平设置有长条形通孔，所述煤层模拟系统包括多个从左到右依次排列的千斤顶，所述千斤顶包括活柱(2)和连接在所述活柱后端的千斤顶缸体(3)，所述千斤顶缸体(3)的后端从所述长条形通孔中穿出，并与千斤顶的系统主机相连；
所述伪顶模拟系统(4)设置在所述活柱(2)的上部，包括多个从前到后依次排列的伪顶模拟片，所述伪顶模拟片由多个从左到右依次铰接的铁片(5)构成；
每个所述铁片(5)均设置在相邻两个所述活柱(2)的上部，相邻两个所述铁片(5)之间的铰接部分的中心轴和位于其下部的所述活柱(2)的中心轴所在的平面与竖直面之间的夹角为a，a大于15度，且所述铰接部分的中心轴在位于其下部的所述活柱(2)的中心轴的左侧。
2.根据权利要求1所述的可模拟伪顶的三维相似模拟系统，其特征在于：所述千斤顶的数量为n，每个所述伪顶模拟片中所述铁片(5)的数量为n-1，长度与所述千斤顶缸体(3)的直径一致。
3.根据权利要求2所述的可模拟伪顶的三维相似模拟系统，其特征在于：所述三维相似模拟实验平台(1)的长宽高分别为4000mm、4000mm和3000mm，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；
所述煤层模拟系统的两侧和前端距离所述三维相似模拟实验平台(1)之间的距离均为400mm，填充骨料后作为模拟煤柱。
4.根据权利要求3所述的可模拟伪顶的三维相似模拟系统，其特征在于：所述活柱(2)为圆柱体，直径为煤层厚度h，长度为3200mm，所述千斤顶缸体(3)为长方体，长度为3400mm，宽度和高度均为h+14mm,所述千斤顶缸体(3)和所述活柱(2)的中心轴重合。
5.根据权利要求4所述的可模拟伪顶的三维相似模拟系统，其特征在于：所述铁片(5)的长宽和厚度分别为h+14mm、50mm和2mm。
6.根据权利要求5所述的可模拟伪顶的三维相似模拟系统，其特征在于：所述伪顶模拟片的数量为64，所述每个所述伪顶模拟片中所述铁片(5)的数量为3200/(h+14)。
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