CN115719560A - 一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置及工作方法，属于地质构造模拟领域。包括底座，底座上设有箱体，箱体包括提供水平挤压力装置以及倾斜向上挤压力装置；倾斜向上挤压力装置包括等腰梯形结构的箱体中部，箱体中部两侧设有与其等腰梯形结构匹配形成矩形结构的箱体侧部，箱体中部的等腰梯形结构斜边与箱体侧部之间通过第二滑轨活动连接，水平挤压力装置包括设置在箱体侧部两侧的箱体挡板，箱体挡板能够沿箱体侧部上设置的第一滑轨水平移动提供左右水平向的挤压力，本装置可对综采工作面复杂地质构造实现自动化模拟，演示工作面断裂和褶皱复杂地质构造，节省人力，方便操作。

Description

一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置及工作方法

【技术领域】

本发明涉及一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置及工作方法，尤其适用于模拟工作面复杂地质构造变化的科研实验使用，属于地质构造模拟领域。

【背景技术】

煤矿综采工作面智能开采一直是近几年的关注热点，而我国综采自动化工作面的技术仍处于发展阶段，目前，综采工作面地质构造的模拟是实现智能化开采技术的关键，国内学者如薛国华等提出了基于透明地质的综采工作面三维煤层建模，李建忠等提出了基于虚拟现实的综采工作面仿真系统研究，国外学者对此方面研究很少。模拟工作面复杂地质构造的研究意义在于，建立综采工作面三维动态模型，使工作面透明化，实现煤矿综采工作面智能开采。但现阶段演示工作面地质构造的模拟装置尤其对综采工作面、多种复杂地质构造涉及很少，普遍以单一简单地质构造为主，大多数靠手工推动为主，并且测量效率低，测量精度差，大大消耗人力，在科研实验中获取的测量数据不准确，造成实验结果误差波动大的问题。为解决科研实验结果不佳的问题，提供一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置，且该装置能够模拟多种复杂地质构造，是目前研究工作面复杂地质构造变化科研实验的当务之急。

国外如Device,system and method for a structure and stratigraphypreserving transformation of a geological model【US201514757839】,提出了用于构造和地层学保存地质模型变换的装置，操作不便，难以满足多种情况下科研实验的需求。国内如一种地质构造模拟模型装置【ZL202022191631.X】，地质构造演化模拟装置【ZL202122260574.0】，均仅提出单一褶皱地质构造，装置结构复杂，实用性不高，国内外目前普遍关注地质构造模拟装置，而对工作面复杂地质构造的相关模拟装置涉及较少，部分装置未实现自动化控制，靠手工推动装置，用于科研实验会导致实验误差较大，影响实验结果。总体来看，国内外缺少可以模拟综采工作面地质构造，演示多个复杂地质构造，自动化控制的装置，且主要用于科研实验，提升实验效率和减小实验误差。

【发明内容】

针对上述技术的不足之处，本发明的目的就是要提供一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置及工作方法，通过该模拟装置，可以同时演示工作面断裂和褶皱两种复杂地质构造，可以控制装置直接生成所需的复杂地质构造，高效省力，可以生动地达到科研实验演示效果。

为实现此目的，本发明设计的一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置，包括底座，底座中间设有矩形结构的支撑台，支撑台上设有能够对内部安装的试验材料加载多种挤压力的箱体，箱体包括提供水平挤压力装置以及倾斜向上挤压力装置；

倾斜向上挤压力装置包括设置在支撑台上的箱体中部，所述箱体中部为等腰梯形结构，配合箱体侧部从而模拟地质构造中的正断层和逆断层，箱体中部两侧设有与其等腰梯形结构匹配形成矩形结构的箱体侧部，箱体中部的等腰梯形结构斜边与箱体侧部之间通过第二滑轨活动连接，从而使箱体侧部沿着箱体中部的等腰梯形结构斜边倾斜移动，以配合箱体侧部和箱体中部间发生错位滑动，模拟工作面断裂复杂地质构造支撑台与箱体侧部之间设有提供其倾斜向上移动的推动装置；

水平挤压力装置包括设置在箱体侧部两侧的箱体挡板，箱体挡板能够沿箱体侧部上设置的第一滑轨水平移动提供左右水平向的挤压力，箱体挡板与箱体侧部之间设有液压缸，液压缸一端与箱体挡板连接，另一端与箱体侧部边缘处的机架连接。

进一步，推动装置包括升降机构，升降机构的上端通过第二三棱柱与箱体侧部连接，下端通过第一三棱柱与支撑台连接，第一三棱柱和第二三棱柱为倾斜结构，第一三棱柱、第二三棱柱与升降机构的连接面为倾斜面，倾斜角度与箱体中部等腰梯形斜边角度相同，使升降机构沿着箱体中部的梯形斜边上的第二滑轨移动，从而使升降机构沿着第二滑轨对箱体侧部施加力，相较于水平放置升降机构，减少了其他方向力的施加，减少了装置的磨损，延长装置的使用寿命。

进一步，所述升降机构为剪式升降机构，包括框架结构的下底架和上底板，下底架和上底板之间设有剪式伸缩架，剪式伸缩架包括两组通过多根交叉设置的金属杆组成的剪刀架，金属杆首尾之间通过圆柱销连接组成剪式结构，剪式伸缩架顶端内之间上设有与下底架和上底板之间滑动连接的横杆，横杆与下底架和上底板之间设有控制剪刀伸缩架伸缩的液压油缸。

进一步，所述液压缸为伸缩式液压缸，所述伸缩式液压缸安装固定在所述箱体侧部的凸台上的弧形凹槽内，且在所述箱体两侧的凸台表面的的1/4和3/4处上均安装固定了液压缸，所述液压缸缸体通过圆柱销与所述箱体侧部的凸台上的机架连接，将所述液压缸缸体的一端固定，将所述液压缸活塞杆通过圆柱销与所述箱体挡板上的机架连接，将所述液压缸活塞杆的一端固定，在液压缸做直线往复运动时，活塞杆推动箱体挡板，使箱体挡板在箱体侧部的底板通过第一滑轨上作水平移动，两块箱体挡板相互靠近或者远离将放置在模拟装置内的实验材料挤压推动，使实验材料形成褶皱，模拟工作面褶皱复杂地质构造。

进一步，所述箱体中部的底板和箱体侧部的底板的倾斜接触面之间设置有第三滑轨，在初始状态下，箱体中部的底板和箱体侧部的底板之间重合对齐且连接处密封，在模拟状态下，所述箱体侧部通过所述升降机构推动，箱体中部沿着第二滑轨并在第三滑轨的辅助作用下与箱体侧部发生斜线错位滑动，从而模拟地质构造中的正断层和逆断层。

进一步，所述第一三棱柱和第二三棱柱为结构相同的三角体，横截面均为直角三角形，且直接三角形中较大的锐角与箱体中部的梯形下底角角度相等，所述第一三棱柱的斜边表面通过圆柱销与所述底座连接，固定在所述底座上，所述第一三棱柱的较长直角边表面通过螺栓与所述升降机构的下底架连接，固定在所述下底架下，所述第二三棱柱的斜边表面通过圆柱销与所述箱体侧部的底部连接，固定在所述箱体侧部的底部下，所述第二三棱柱的较长直角边表面通过螺栓与所述升降机构的上底板连接，固定在所述上底板上，第二三棱柱的较短直角边表面与箱体中部的梯形斜边上的第二滑轨水平对齐。

一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置的工作方法，其步骤为：

将底座放至平坦的水平面上，将实验材料根据实验需求放至模拟装置箱体内，实验材料体积不能超过装置箱体的最大容积，待实验材料填充完成，在实验材料上方铺设三块顶板，拼接在一起可以覆盖整个装置箱体顶部，使用顶板将实验材料压实固定，其中左边和右边的顶板大小相等，长为箱体侧部顶部边长，宽为装置箱体宽度，中间的顶板长为装置箱体宽度，宽为箱体中部的梯形顶边边长；

通过控制液压缸推动箱体挡板，箱体挡板沿着第一滑轨作水平直线运动，模拟装置两侧的箱体挡板相互靠近或者远离将放置在模拟装置箱体内的实验材料推动挤压，使实验材料形成褶皱；

调整升降机构上的液压油缸以改变上底板相对于下底架的高度，使升降机构通过第二三棱柱带动箱体侧部沿第二滑轨和第三滑轨升高，在升降机构的向上施加推力和顶板向下施加压力的持续作用下，直至装置箱体内的实验材料沿着箱体中部的梯形斜边方向发生破裂，若控制升降机构使断裂两侧的实验材料未发生明显的滑动，则形成节理，若控制升降机构使断裂两侧的实验材料发生明显的滑动，则形成断层，最多可生成两个断裂构造；从而在模拟褶皱构造的同时又模拟断裂构造，实现工作面复杂地质构造模拟的高效生动演示。

有益效果：

本装置可以实现演示多种工作面复杂地质构造，升降机构的升降可以使箱体侧部升高或者降低，使其通过滑动连接相对于箱体中部发生错位运动，液压缸的反复伸缩可以使箱体侧板在箱体中部的底板上通过滑动连接发生水平直线运动，对有一定朔性的实验材料可以实现挤压、弯扭、拉伸等地质应力的加载模拟，而演示单一褶皱、节理、断层和多个组合复杂地质构造的模拟，整体结构简单，运动灵活，可以防止因模拟装置的多次变形而出现运动卡死的现象，从而实现演示工作面复杂地质构造的动态科研实验过程。滑动连接的合理设计不仅可以保证在初始状态下模拟装置箱体的密封性好，而且在模拟装置变形的情况下减少了箱体中部和箱体侧部接触时的摩擦损耗，极大地保护了模拟装置，使用液压缸和升降机构节省了大量的人力和时间，增强了科研实验的演示效果，灵活实现工作面地质构造变化的模拟过程。可以模拟工作面褶皱、节理和断层的工作面地质构造形成过程。

【附图说明】

图1为本发明模拟装置的结构示意图；

图2为本发明箱体结构示意图；

图3为本发明升降机构结构示意图；

图4为本发明演示断裂复杂地质构造的工作示意图；

图5为本发明演示褶皱复杂地质构造的工作示意图；

图6为本发明同时演示断裂和褶皱复杂地质构造的工作示意图；

图7为本发明用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置工作流程图；

图中：1-箱体挡板，2-液压缸，3-箱体侧部，4-第一三棱柱，5-升降机构，6-第二三棱柱，7-底座，8-箱体中部，9-第二滑轨，10-第三滑轨，11-第一滑轨，12-弧形凹槽，13-机架，14-横杆，15-上底板，16-金属杆，17-液压油缸，18-下底架。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明作更一步的说明。

如图1、图2和图3所示，本发明的一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置，包括底座7，底座7中间设有矩形结构的支撑台，支撑台上设有安装试验材料的箱体，箱体包括设置在支撑台上的箱体中部8，所述箱体8中部为梯形结构，配合箱体侧部3从而模拟地质构造中的正断层和逆断层，箱体中部8两侧分别对称设有向两侧延伸的箱体侧部3，箱体中部8四周设有箱体挡板1，其中两侧的箱体挡板1分别与箱体侧部3上设置的液压缸2连接，箱体挡板1与所述箱体侧部3的底板之间滑动连接，箱体挡板1上固定安装有机架13，且与所述液压缸2的活塞杆之间通过圆柱销连接，所述箱体侧部3的底板与所述箱体中部8的底板之间通过滑动连接，所述箱体侧部3的侧板与所述箱体中部8的侧板之间通过滑动连接，可以配合所述箱体侧部3和箱体中部8发生错位滑动，模拟工作面断裂复杂地质构造；箱体下方位于支撑台两侧分别设有具有倾斜面的第二三棱柱6，底座7两侧也分别设有两个与第二三棱柱6角度匹配的第一三棱柱4，所述第一三棱柱4和第二三棱柱6为结构相同的三角体，横截面均为直角三角形，且直接三角形中较大的锐角与箱体中部8的梯形下底角角度相等，两组第二三棱柱6与第一三棱柱4之间均设有升降机构5，第一三棱柱4和第二三棱柱6的放置可以改变升降机构5的运动方向，使其运动方向沿着箱体中部8的梯形斜边上的第二滑轨9，与水平线夹角大小为三棱柱中的直角三角形的较大锐角角度，即箱体中部8的梯形下底角角度，通过升降机构5沿着第二滑轨9对箱体侧部3施加力，相较于水平放置升降机构5，减少了其他方向力的施加，减少了装置的磨损，延长装置的使用寿命。

所述升降机构5为剪式升降机构，包括框架结构的下底架18和上底板15，下底架18和上底板15之间设有剪式伸缩架，剪式伸缩架包括两组通过多根交叉设置的金属杆16组成的剪刀架，金属杆16首尾之间通过圆柱销连接组成剪式结构，剪式伸缩架顶端内之间上设有与下底架18和上底板15之间滑动连接的横杆14，横杆14与下底架18和上底板15之间设有控制剪刀伸缩架伸缩的液压油缸17。所述液压缸2为伸缩式液压缸，所述伸缩式液压缸安装固定在所述箱体侧部3的凸台上的弧形凹槽12内，且在所述箱体两侧的凸台表面的的1/4和3/4处上均安装固定了液压缸2，所述液压缸2缸体通过圆柱销与所述箱体侧部3的凸台上的机架13连接，将所述液压缸2缸体的一端固定，将所述液压缸2活塞杆通过圆柱销与所述箱体挡板1上的机架13连接，将所述液压缸2活塞杆的一端固定，在液压缸2做直线往复运动时，活塞杆推动箱体挡板1，使箱体挡板1在箱体侧部3的底板通过第一滑轨11上作水平往复运动。升降机构的升降可以使箱体侧部升高或者降低，使其通过滑动连接相对于箱体中部发生错位运动，液压缸的反复伸缩可以使箱体侧板在箱体中部的底板上通过滑动连接发生水平直线运动，对有一定朔性的实验材料可以实现挤压、弯扭、拉伸等地质应力的加载模拟，而演示单一褶皱、节理、断层和多个组合复杂地质构造的模拟，如图4、图5和图6所示，图4为模拟断裂复杂地质构造，图5为模拟褶皱复杂地质构造，图6为同时模拟断裂和褶皱复杂地质构造，装置整体结构简单，运动灵活，可以防止因模拟装置的多次变形而出现运动卡死的现象，从而实现演示工作面复杂地质构造的动态科研实验过程。

所述箱体中部8的底板和箱体侧部3的底板之间通过第三滑轨10滑动连接，在连接处所述箱体中部8的底板和箱体侧部3的底板的倾斜接触面均固定安装第三滑轨10，在初始状态下，所述箱体中部8的底板和箱体侧部3的底板之间重合对齐且连接处密封，在模拟状态下，所述箱体侧部3通过所述升降机构5推动，所述箱体侧部3的底板和箱体中部8的底板沿着第三滑轨10发生斜线错位滑动，模拟工作面断裂复杂地质构造。所述箱体侧部3的侧板与箱体中部8的侧板斜边之间通过第二滑轨9滑动连接，在连接处所述箱体侧部3的侧板和箱体中部8的侧板的斜边接触面均固定安装第二滑轨9，在初始状态下，所述箱体侧部3的侧板和箱体中部8的侧板斜边之间重合对齐且连接处密封，在模拟状态下，所述箱体侧部3通过所述升降机构5推动，所述箱体侧部3的侧板和箱体中部8的侧板沿着第二滑轨9发生斜线错位滑动，模拟工作面断裂复杂地质构造。滑动连接的合理设计不仅可以保证在初始状态下模拟装置箱体的密封性好，而且在模拟装置变形的情况下减少了箱体中部和箱体侧部接触时的摩擦损耗，极大地保护了模拟装置，使用液压缸和升降机构节省了大量的人力和时间，增强了科研实验的演示效果，灵活实现工作面地质构造变化的模拟过程。

所述箱体中部8为梯形结构，该梯形的下底角与所述第一三棱柱4和第二三棱柱6的直角三角形的较大锐角相等，所述箱体中部8通过第二滑轨9和第三滑轨10与箱体侧部3发生斜线错位滑动，从而模拟地质构造中的正断层和逆断层。所述第一三棱柱4和第二三棱柱6为结构相同的三角体，横截面均为直角三角形，且直接三角形中较大的锐角与箱体中部8的梯形下底角角度相等，所述第一三棱柱4的斜边表面通过圆柱销与所述底座7连接，固定在所述底座7上，所述第一三棱柱4的较长直角边表面通过螺栓与所述升降机构5的下底架18连接，固定在所述下底架18下，所述第二三棱柱6的斜边表面通过圆柱销与所述箱体侧部3的底部连接，固定在所述箱体侧部3的底部下，所述第二三棱柱6的较长直角边表面通过螺栓与所述升降机构5的上底板15连接，固定在所述上底板15上。所述第二三棱柱6的较短直角边表面与箱体中部8的梯形斜边上的第二滑轨9水平对齐。

一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置，其使用步骤为：

如图4、图5、图6和图7所示，将底座7放至平坦的水平面上，将实验材料根据实验需求放至模拟装置箱体内，实验材料体积不能超过装置箱体的最大容积，待实验材料填充完成，在实验材料上方铺设三块顶板，拼接在一起可以覆盖整个装置箱体顶部，使用顶板将实验材料压实固定，其中左边和右边的顶板大小相等，长为箱体侧部3顶部边长，宽为装置箱体宽度，中间的顶板长为装置箱体宽度，宽为箱体中部8的梯形顶边边长；

通过控制液压缸2推动箱体挡板1，箱体挡板1沿着第一滑轨11作水平直线运动，模拟装置两侧的箱体挡板1相互靠近或者远离将放置在模拟装置箱体内的实验材料推动挤压，使实验材料形成褶皱；

调整升降机构5上的液压油缸17以改变上底板15相对于下底架18的高度，使升降机构5通过第二三棱柱6带动箱体侧部3沿第二滑轨9和第三滑轨10升高，在升降机构5的向上施加推力和顶板向下施加压力的持续作用下，直至装置箱体内的实验材料沿着箱体中部8的梯形斜边方向发生破裂，甚至沿破裂面发生错动，使实验材料的连续性完整性遭到破坏，若控制升降机构5使断裂两侧的实验材料未发生明显的滑动，则形成节理，若控制升降机构5使断裂两侧的实验材料发生明显的滑动，则形成断层，最多可生成两个断裂构造；从而在模拟褶皱构造的同时又模拟断裂构造，实现工作面复杂地质构造模拟的高效生动演示。

Claims (7)

1.一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置，其特征在于：包括底座(7)，底座(7)中间设有矩形结构的支撑台，支撑台上设有能够对内部安装的试验材料加载多种挤压力的箱体，箱体包括提供水平挤压力装置以及倾斜向上挤压力装置；

倾斜向上挤压力装置包括设置在支撑台上的箱体中部(8)，所述箱体中部(8)为等腰梯形结构，配合箱体侧部(3)从而模拟地质构造中的正断层和逆断层，箱体中部(8)两侧设有与其等腰梯形结构匹配形成矩形结构的箱体侧部(3)，箱体中部(8)的等腰梯形结构斜边与箱体侧部(3)之间通过第二滑轨(9)活动连接，从而使箱体侧部(3)沿着箱体中部(8)的等腰梯形结构斜边倾斜移动，以配合箱体侧部(3)和箱体中部(8)间发生错位滑动，模拟工作面断裂复杂地质构造，支撑台与箱体侧部(3)之间设有提供其倾斜向上移动的推动装置；

水平挤压力装置包括设置在箱体侧部(3)两侧的箱体挡板(1)，箱体挡板(1)能够沿箱体侧部(3)上设置的第一滑轨(11)水平移动提供左右水平向的挤压力，箱体挡板(1)与箱体侧部(3)之间设有液压缸(2)，液压缸(2)一端与箱体挡板(1)连接，另一端与箱体侧部(3)边缘处的机架(13)连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置，其特征在于：推动装置包括升降机构(5)，升降机构(5)的上端通过第二三棱柱(6)与箱体侧部(3)连接，下端通过第一三棱柱(4)与支撑台连接，第一三棱柱(4)和第二三棱柱(6)为倾斜结构，第一三棱柱(4)、第二三棱柱(6)与升降机构(5)的连接面为倾斜面，倾斜角度与箱体中部(8)等腰梯形斜边角度相同，使升降机构(5)沿着箱体中部(8)的梯形斜边上的第二滑轨(9)移动，从而使升降机构(5)沿着第二滑轨(9)对箱体侧部(3)施加力，相较于水平放置升降机构(5)，减少了其他方向力的施加，减少了装置的磨损，延长装置的使用寿命。

3.根据权利要求2所述的一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置，其特征在于：所述升降机构(5)为剪式升降机构，包括框架结构的下底架(18)和上底板(15)，下底架(18)和上底板(15)之间设有剪式伸缩架，剪式伸缩架包括两组通过多根交叉设置的金属杆(16)组成的剪刀架，金属杆(16)首尾之间通过圆柱销连接组成剪式结构，剪式伸缩架顶端内之间上设有与下底架(18)和上底板(15)之间滑动连接的横杆(14)，横杆(14)与下底架(18)和上底板(15)之间设有控制剪刀伸缩架伸缩的液压油缸(17)。

4.根据权利要求1所述的一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置，其特征在于：所述液压缸(2)为伸缩式液压缸，所述伸缩式液压缸安装固定在所述箱体侧部(3)的凸台上的弧形凹槽(12)内，且在所述箱体两侧的凸台表面的的1/4和3/4处上均安装固定了液压缸(2)，所述液压缸(2)缸体通过圆柱销与所述箱体侧部(3)的凸台上的机架(13)连接，将所述液压缸(2)缸体的一端固定，将所述液压缸(2)活塞杆通过圆柱销与所述箱体挡板(1)上的机架(13)连接，将所述液压缸(2)活塞杆的一端固定，在液压缸(2)做直线往复运动时，活塞杆推动箱体挡板(1)，使箱体挡板(1)在箱体侧部(3)的底板通过第一滑轨(11)上作水平移动，两块箱体挡板(1)相互靠近或者远离将放置在模拟装置内的实验材料挤压推动，使实验材料形成褶皱，模拟工作面褶皱复杂地质构造。

5.根据权利要求1所述的一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置，其特征在于：所述箱体中部(8)的底板和箱体侧部(3)的底板的倾斜接触面之间设置有用以辅助第二滑轨(9)的第三滑轨(10)，辅助第二滑轨(9)完成箱体的变形，减小箱体中部(8)的底板和箱体侧部(3)的底板在倾斜接触面之间的摩擦损耗，在初始状态下，箱体中部(8)的底板和箱体侧部(3)的底板之间重合对齐且连接处密封，在模拟状态下，所述箱体侧部(3)通过所述升降机构(5)推动，箱体中部(8)沿着第二滑轨(9)在第三滑轨(10)的辅助作用下与箱体侧部(3)发生斜线错位滑动，从而模拟地质构造中的正断层和逆断层。

6.根据权利要求1所述的一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置，其特征在于：所述第一三棱柱(4)和第二三棱柱(6)为结构相同的三角体，横截面均为直角三角形，且直接三角形中较大的锐角与箱体中部(8)的梯形下底角角度相等，所述第一三棱柱(4)的斜边表面通过圆柱销与所述底座(7)连接，固定在所述底座(7)上，所述第一三棱柱(4)的较长直角边表面通过螺栓与所述升降机构(5)的下底架(18)连接，固定在所述下底架(18)下，所述第二三棱柱(6)的斜边表面通过圆柱销与所述箱体侧部(3)的底部连接，固定在所述箱体侧部(3)的底部下，所述第二三棱柱(6)的较长直角边表面通过螺栓与所述升降机构(5)的上底板(15)连接，固定在所述上底板(15)上，第二三棱柱(6)的较短直角边表面与箱体中部(8)的梯形斜边上的第二滑轨(9)水平对齐。

7.一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置的工作方法，其特征在于步骤为：

将底座(7)放至平坦的水平面上，将实验材料根据实验需求放至模拟装置箱体内，实验材料体积不能超过装置箱体的最大容积，待实验材料填充完成，在实验材料上方铺设三块顶板，拼接在一起可以覆盖整个装置箱体顶部，使用顶板将实验材料压实固定，其中左边和右边的顶板大小相等，长为箱体侧部(3)顶部边长，宽为装置箱体宽度，中间的顶板长为装置箱体宽度，宽为箱体中部(8)的梯形顶边边长；

通过控制液压缸(2)推动箱体挡板(1)，箱体挡板(1)沿着第一滑轨(11)作水平直线运动，模拟装置两侧的箱体挡板(1)相互靠近或者远离将放置在模拟装置箱体内的实验材料推动挤压，使实验材料形成褶皱；

调整升降机构(5)上的液压油缸(17)以改变上底板(15)相对于下底架(18)的高度，使升降机构(5)通过第二三棱柱(6)带动箱体侧部(3)沿第二滑轨(9)和第三滑轨(10)升高，在升降机构(5)的向上施加推力和顶板向下施加压力的持续作用下，直至装置箱体内的实验材料沿着箱体中部(8)的梯形斜边方向发生破裂，若控制升降机构(5)使断裂两侧的实验材料未发生明显的滑动，则形成节理，若控制升降机构(5)使断裂两侧的实验材料发生明显的滑动，则形成断层，最多可生成两个断裂构造；从而在模拟褶皱构造的同时又模拟断裂构造，实现工作面复杂地质构造模拟的高效生动演示。

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