CN217484317U - 一种采煤坍塌外围变形模拟用实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采煤坍塌外围变形模拟用实验装置，涉及一种实验装置，包括箱体，箱体内腔设置有多个长方体状举升块，每个长方体状举升块的底部分别通过一个第一举升装置与箱体内腔底部连接，每个长方体状举升块上方均设置有一个矩形托板，所有矩形托板均设置在矩形抽离板上；箱体长度方向上的两端上分别开设有供矩形抽离板对应端部穿出的矩形缺口，矩形抽离板一个端部的下方设置有支撑辊轮，且支撑辊轮背离箱体的一侧设置有两个转动安装在高度调节装置上的滚轮，矩形抽离板长边所在的两侧壁上均开设有一个滑槽，且两个滚轮分别设置在两个滑槽内；本实用新型能够有效进行煤层坍塌外围松散层变形监测的模拟实验。

Description

一种采煤坍塌外围变形模拟用实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种模拟装置，尤其涉及一种采煤坍塌的模拟用装置。

背景技术

随着煤层的开采，上层覆岩受到扰动，进而在开采面地表形成“三带”，即垮落带、裂隙带和弯曲下沉带，三带的形成会对矿区基础设施及自然生态都会造成极大破坏。现有针对采煤沉陷的研究方式有很多，因上覆岩层非均质性，结构离散化形式不同等原因，数值模拟方法存在结果抽象，误差大，可信度较低等缺点，而具体的室外试验则多研究开采面地表的沉陷及移动趋势，难以揭示地下深层变形演化规律。因此，为更好探究采煤沉陷外围变形机理，实验者更会倾向于可信度较高的物理模拟实验装置。

因此提供一种模拟采煤坍塌外围变形模拟用实验装置是急需的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种采煤坍塌外围变形模拟用实验装置，以解决现有技术中缺少采煤坍塌外围变形的模拟装置的技术问题。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种采煤坍塌外围变形模拟用实验装置，包括横截面为矩形且顶端敞口的箱体，所述箱体内腔设置有多个水平且相互平行同时自身长边方向垂直于箱体长边延伸方向的长方体状举升块，相邻的两个长方体状举升块临近的侧壁相互贴合，每个所述长方体状举升块的底部分别通过一个第一举升装置与所述箱体内腔底部连接，每个所述长方体状举升块的正上方均设置有一个水平面上的投影处于其内且延伸方向与其相同的矩形托板，所有所述矩形托板均设置在处于所有长方体状举升块上方且长度方向与箱体长度方向处于同一竖直面内并同时满足宽度等于矩形托板长度的矩形抽离板上；所述箱体长度方向上的两端上分别开设有供矩形抽离板对应端部穿出的矩形缺口，所述矩形抽离板的两端分别穿过对应矩形缺口设置在箱体外侧，所述矩形抽离板一个端部的下方设置有通过第一支撑架与箱体外壁连接的支撑辊轮，且所述支撑辊轮背离箱体的一侧设置有两个转动安装在高度调节装置上的滚轮，所述矩形抽离板长边所在的两侧壁上均开设有一个滑槽，且两个所述滚轮分别设置在两个所述滑槽内；还设置有多个测斜仪，每个所述测斜仪分别与所述控制器信号连接。

进一步，所述矩形抽离板长边方向上的轴线与所述箱体长边方向上的轴线处于同一竖直面内，所述矩形抽离板处于所述箱体内部分的两侧分别设置有一个与箱体内壁固定连接且呈水平状的矩形挡板，且两个所述矩形挡板和所述矩形抽离板处于箱体内的部分构成的整体在水平面上的投影与所述箱体横截面相同。

进一步，每个所述矩形缺口的外侧均设置有外缘与其外侧的箱体侧壁固定连接且内缘套设在所述矩形抽离板上的橡胶膜。

进一步，所述支撑辊轮的外侧还设置锁定矩形抽离板位置的锁紧装置。

进一步，所述锁紧装置的组成包括与箱体外壁固定连接的锁紧螺母和水平并与锁紧螺母螺纹连接且垂直于箱体长边方向的锁紧螺栓，且所述锁紧螺栓可紧顶所述矩形抽离板。

进一步，所述矩形抽离板中支撑辊轮对应的端部上固定连接有抽离把手。

进一步，所述箱体具体为透明结构。

进一步，所述矩形抽离板中支撑辊轮对应的端部上安装有水平仪。

进一步，所述高度调节装置的组成包括第二支撑架和第二举升装置，两个所述滚轮转动安装在所述第二支撑架两端顶部上，且所述第二支撑架底部中心与所述第二举升装置动作端顶部固定连接。

进一步，所述箱体和所述第二举升装置均固定安装在底座上，且所述底座的底部均匀安装有万向轮。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：

本实用新型提供的一种采煤坍塌外围变形模拟用实验装置，能够有效进行采煤坍塌变形过程中外围煤层的变形模拟和实验数据采集。

附图说明

图1为实施例提供的一种采煤坍塌外围变形模拟用实验装置的内部结构主视图；

图2为实施例提供的一种采煤坍塌外围变形模拟用实验装置去除底板时的俯视图。

图中：1、箱体；2、长方体状举升块；3、第一举升装置；4、矩形托板；5、矩形抽离板；6、矩形缺口；7、支撑辊轮；8、第一支撑架；9、滚轮；10、高度调节装置；11、滑槽；12、测斜仪；13、控制器；14、矩形挡板；15、橡胶膜；16、锁紧螺母；17、锁紧螺栓；18、抽离把手；19、水平仪；20、第二支撑架；21、第二举升装置；22、底座；23、万向轮。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

结合附图1和2，本实施例提供一种采煤坍塌外围变形模拟用实验装置，包括箱体1，为了便于观察箱体1内部结构，本实施例中，令箱体1为透明结构，即由钢化玻璃等制备而成，箱体1具体为横截面为矩形且顶端敞口袋的长方体状结构，为了便于模拟不同采高对坍塌的影响，在本实施例中，首先于箱体1内设置有多个水平且相互平行同时自身长边延伸方向与箱体1长边延伸方向垂直的长方体状举升块2，同时每个长方体状举升块2的底部分别通过一个第一举升装置3与箱体1内腔底部连接，即每个长方体状举升块2可通过操作对应第一举升装置3带动上下移动，从而模拟不同采高；其次，为了便于后继实验，在本实施例中，还令相邻的两个长方体状举升块2相邻的侧壁相互贴合，即相邻长方体状举升块2之间没有缝隙，从而便于后期清洁箱体1，其次，长方体状举升块2具有一定的高度，从而在进行高度调节时相邻的长方体状举升块2之间不会产生缝隙，进而便于清洁设备；为了模拟不同采高下其上方煤层的坍塌，在本实施例，令每个长方体状举升块2的上方均设置有一个水平面上的投影处于其内且延伸方向与其相同的矩形托板4，即在每个长方体状举升块2的正上方设置有一个能够产生坍塌范围处于其内的托举装置，从而便于模拟真实情况，同时所有矩形托板4均设在处于所有长方体状举升块2构成整体的上方的矩形抽离板5上，并满足矩形抽离板5的长度方向轴线与箱体1长度方向的轴线处于同一竖直面内且矩形抽离板5宽度等于矩形托板4长度，即矩形抽离板5能够有效托举所有矩形托板4，同时不影响正常坍塌，且抽离时矩形抽离板5不会与模拟介质接触产生摩擦，降低了横向剪切力对实验结果的影响；其次，为了便于模拟坍塌过程，在本实施例中，令箱体1长度方向上的两端上分别开设有一个供矩形抽离板5对应端部穿出的矩形缺口6，矩形抽离板5的两端分别穿过对应矩形缺口6设置在箱体1外侧，同时矩形抽离板5两端中一个端部的下方设置有通过第一支架与箱体1外壁连接的支撑辊轮7，支撑辊轮7背离箱体1的外侧设置有两个转动安装在高度调节装置10上的滚轮9，同时矩形抽离板5长边所在的两个侧壁上均开设有一个滑槽11，两个滚轮9分别设在两个滑槽11内，同时还设置有多个测斜仪12，每个测斜仪12分别与控制器13信号连接。

工作原理：

首先根据需要通过对应第一举升装置3调整相应的长方体状举升块2的高度，然后通过操作高度调节装置10调整矩形抽离板5的倾角，即在支撑辊轮7的高度不变的情况下通过调整滚轮9的高度可有效调整矩形抽离板5的倾角，受限于滚轮9设于滑槽11内，当高度调节装置10带动两个滚轮9上下移动时矩形抽离板5在支撑辊轮7和两个滚轮9的同步作用下可改变其相对水平方面的倾角，从而实现调整矩形抽离板5倾角的目的；调整完成后，在矩形抽离板5处于箱体1内的部分上铺设矩形托板4，且此时矩形抽离板5在水平面上的投影与箱体1内腔横截面相同；铺设矩形托板4完成后，在其上方铺设模拟介质，即模拟煤层，同时将多个测斜仪12根据需要进行预埋在模拟介质内，并分别与控制器13连接。

开设模拟坍塌时，由滚轮9背离箱体1一侧对应的矩形抽离板5端部抽动矩形抽离板5带动矩形抽离板5做背离箱体1的运动，在此过程中，处于箱体1内的矩形托板4可依次与矩形抽离板5脱离接触，从而实现坍塌模拟，同时每个下方的长方体状举升块2的高度是根据需要进行设定的，从而可模拟不同采高下坍塌情况，且测斜仪12则可进行相关数据的采集并反馈给控制器13。

特别的，在本实施例中，为了进一步准确模拟采煤坍塌外围变形情况，在本实施例中，令矩形抽离板5长边方向上的轴线与箱体1长边方向上的轴线处于同一竖直面内，同时令矩形抽离板5处于箱体1内部分的两侧分别设置一个与箱体1内壁固定连接且呈水平的矩形挡板14，且两个矩形挡板14和矩形抽离板5处于箱体1内的部分构成的整体在水平面上的投影与箱体1横截面相同。

即令矩形抽离板5和两个矩形挡板14能够有效封堵所有长方体状举升块2构成整体的上方，从而便于后期模拟层下落，并便于模拟采煤坍塌时采空区外围煤层坍塌变形的情况；同时为了便于进一步准确监测采空区外围每层坍塌变形的情况，所有测斜仪12分为两组分布在两个矩形托板4的上方，从而便于后期监测。

特别的，为了避免模拟介质在矩形抽离板5抽出箱体1的过程中由两个矩形缺口6外溢，在本实施例中，在每个矩形缺口6外侧均设置有外缘与其外侧箱体1侧壁固定连接且内缘套设在矩形抽离板5上的橡胶膜15。

即令橡胶膜15封闭矩形缺口6，同时橡胶膜15的延展性也可避免其自身对矩形抽离板5抽离过程的影响。

特别的，为了便于固定矩形抽离板5的位置以便于前期装填模拟介质等，在本实施例中，在支撑辊轮7的外侧还设置有锁定装置，用于锁定矩形抽离板5的位置。

在本实施例中，锁定装置的组成包括与相同外壁固定连接的锁紧螺母16和水平设置并与锁紧螺母16螺纹连接且垂直于箱体1长边方向的锁紧螺栓17，同时锁紧螺栓17可紧顶矩形抽离板5与其临近的端部外壁。

即锁紧螺栓17紧顶矩形抽离板5侧壁时，令矩形抽离板5背离锁紧螺栓17的端部与矩形缺口6紧密的侧壁紧密接触，从而实现锁定位置的目的。

特别的，为了便于观察箱体1内部情况，在本实施例中，箱体1为透明结构，例如由玻璃等透明材质制成。

特别的，为了便于抽动矩形抽离板5，在本实施例中，令矩形抽离板5中支撑辊轮7对应的端部上固定连接有抽离把手18，从而便于抽动矩形抽离板5。

特别的，为了便于精确调整矩形抽离板5的倾斜角度，在本实施例中，矩形抽离板5中支撑辊轮7对应的端部上安装有水平仪19。

特别的，为了便于对矩形抽离板5进行角度调节，本实施例中，高度调节装置10的组成包括第二支撑架20和第二举升装置21，两个滚轮9安装在第二支撑架20两端的顶部，同时第二支撑架20底部中心处于第二举升装置21连接，从而便于进行矩形抽离板5的角度调节。

特别的，为了便于固定设备，在本实施例中，箱体1和第二举升装置21均固定安装在底座22上，且底座22底部均匀安装有万向轮23。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采煤坍塌外围变形模拟用实验装置，包括横截面为矩形且顶端敞口的箱体，其特征在于，所述箱体内腔设置有多个水平且相互平行同时自身长边方向垂直于箱体长边延伸方向的长方体状举升块，相邻的两个长方体状举升块临近的侧壁相互贴合，每个所述长方体状举升块的底部分别通过一个第一举升装置与所述箱体内腔底部连接，每个所述长方体状举升块的正上方均设置有一个水平面上的投影处于其内且延伸方向与其相同的矩形托板，所有所述矩形托板均设置在处于所有长方体状举升块上方且长度方向与箱体长度方向处于同一竖直面内并同时满足宽度等于矩形托板长度的矩形抽离板上；所述箱体长度方向上的两端上分别开设有供矩形抽离板对应端部穿出的矩形缺口，所述矩形抽离板的两端分别穿过对应矩形缺口设置在箱体外侧，所述矩形抽离板一个端部的下方设置有通过第一支撑架与箱体外壁连接的支撑辊轮，且所述支撑辊轮背离箱体的一侧设置有两个转动安装在高度调节装置上的滚轮，所述矩形抽离板长边所在的两侧壁上均开设有一个滑槽，且两个所述滚轮分别设置在两个所述滑槽内；还设置有多个测斜仪，每个所述测斜仪分别与控制器信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种采煤坍塌外围变形模拟用实验装置，其特征在于，所述矩形抽离板长边方向上的轴线与所述箱体长边方向上的轴线处于同一竖直面内，所述矩形抽离板处于所述箱体内部分的两侧分别设置有一个与箱体内壁固定连接且呈水平状的矩形挡板，且两个所述矩形挡板和所述矩形抽离板处于箱体内的部分构成的整体在水平面上的投影与所述箱体横截面相同。

3.根据权利要求2所述的一种采煤坍塌外围变形模拟用实验装置，其特征在于，每个所述矩形缺口的外侧均设置有外缘与其外侧的箱体侧壁固定连接且内缘套设在所述矩形抽离板上的橡胶膜。

4.根据权利要求3所述的一种采煤坍塌外围变形模拟用实验装置，其特征在于，所述支撑辊轮的外侧还设置锁定矩形抽离板位置的锁紧装置。

5.根据权利要求4所述的一种采煤坍塌外围变形模拟用实验装置，其特征在于，所述锁紧装置的组成包括与箱体外壁固定连接的锁紧螺母和水平并与锁紧螺母螺纹连接且垂直于箱体长边方向的锁紧螺栓，且所述锁紧螺栓可紧顶所述矩形抽离板。

6.根据权利要求5所述的一种采煤坍塌外围变形模拟用实验装置，其特征在于，所述矩形抽离板中支撑辊轮对应的端部上固定连接有抽离把手。

7.根据权利要求6所述的一种采煤坍塌外围变形模拟用实验装置，其特征在于，所述箱体具体为透明结构。

8.根据权利要求7所述的一种采煤坍塌外围变形模拟用实验装置，其特征在于，所述矩形抽离板中支撑辊轮对应的端部上安装有水平仪。

9.根据权利要求8所述的一种采煤坍塌外围变形模拟用实验装置，其特征在于，所述高度调节装置的组成包括第二支撑架和第二举升装置，两个所述滚轮转动安装在所述第二支撑架两端顶部上，且所述第二支撑架底部中心与所述第二举升装置动作端顶部固定连接。

10.根据权利要求9所述的一种采煤坍塌外围变形模拟用实验装置，其特征在于，所述箱体和所述第二举升装置均固定安装在底座上，且所述底座的底部均匀安装有万向轮。

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