[实用新型]固气耦合物理模拟实验台

说明书

技术领域

本实用新型涉及相似材料的物理模拟实验，具体是一种实验室进行矿山压力及瓦斯运移的固气耦合物理模拟实验台。适用于各大煤炭院校、矿山开采行业科研院所需要的模拟实验。

背景技术

物理模拟实验是研究矿山压力、瓦斯运移的一种有效手段，是基于相似理论、因次分析法，选用脆性相似材料制作模型的实验室研究方法，广泛应用于水利、采矿、地质等部门。目前，采矿行业大多数的物理模拟实验主要涉及采场、井巷等岩体力学研究范畴，均是研究具有脆性多结构特性的岩体受力后产生弹塑性变形、位移、破碎以及岩块的垮落、压实等现象的。对于固流耦合作用的研究也主要集中在液体方面，如保水开采等。对于固气耦合作用研究的则比较少，应用于这方面的物理模拟实验台也比较少。

发明内容

为了解决采动影响下采场上覆岩层渗透性随裂隙发育的变化过程，以及矿山压力与瓦斯压力相互耦合作用等问题，本实用新型提供了一种固气耦合物理模拟实验台。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：一种固气耦合物理模拟实验台，包括充气系统、实验箱体(1)、开采装置(10)和测试系统，充气系统包括空气压缩机(2)、平衡阀(6)、导气管(17)、充气罐(5)和压力表(4)，箱体(1)内设有模拟岩层(8)、开采装置(10)和压力传感器(9)，空气压缩机(2)经过充气罐(5)连接箱体(1)，充气罐(5)上设有压力表(4)，连接管路(15)上设有平衡阀(6)和截止阀(3)，箱体(1)进出气口两端设有导气管(17)，箱体(1)底部设有开采装置(10)，开采装置(10)包括铁盒(12)、枕木(13)和螺杆(14)，铁盒(12)内设有枕木(13)，枕木内(13)内设有螺杆(14)，测试系统包括皂泡流量计(7)、电阻应变仪及其配套检测装置，实验箱体(1)出口设有皂泡流量计(7)。

箱体(1)框架由钢材料焊接而成，箱体(1)顶端开口，前后端板(11)及顶盖均可拆卸，前端板和后端板均设有充气和出气布孔(16)。

本实用新型可人为控制和改变实验条件，从而可确定单因素或多因素对矿山压力、瓦斯运移的影响规律，实验效果清楚直观，实验周期短、见效快。其开采装置简单、实用，解决了现有模拟实验台由于开采引起的气密性问题。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为开采装置结构示意图。

图3为前后端板布孔示意图。

具体实施方式

如图1-3所示，固气耦合物理模拟实验台包括充气系统、实验箱体1、开采装置10和测试系统。充气系统由空气压缩机2、平衡阀6、导气管17、充气罐5和压力表4组成；实验箱体1框架由钢材料焊制而成，尺寸为1600×1250×200mm。顶部开口，前后端板11及顶盖均可拆卸，前端板为厚25mm有机玻璃板，后端板由三块铁板组合而成。前端板与后端板均有充气和出气布孔16。箱体1内设有模拟岩层8、开采装置10和压力传感器9，空气压缩机2经过充气罐5连接箱体1，充气罐5上设有压力表4，连接管路15上设有平衡阀6和截止阀3，箱体1进出气口两端设有导气管17，箱体1底部设有开采装置10，开采装置10包括铁盒12、枕木13和螺杆14，枕木13置于铁盒12底部，枕木13内设有螺杆14，铁盒12尺寸为200×40×70mm，每次开采距离固定为40mm，采高根据需要可以调节；测试系统包括皂泡流量计7、电阻应变仪及其配套检测装置，实验箱体1出口设有皂泡流量计7。

本实用新型的工作过程如下：在实验箱体1中铺设模型。预先将开采装置10安装在实验箱体1底部。具体为，将枕木13置于铁盒12内放入实验箱体1内部，按照开采装置10走向距离排放若干个。从实验箱体1底部钻孔将螺杆14由外至内拧入并撑起铁盒12，撑起高度视采高而定；按需要的配比铺设模拟岩层8，期间，可将压力传感器9铺设在需要的位置，数据线可通过箱体后端板出气孔16引出；前端有机玻璃板充气布孔16与后端板布孔16完全对称如图3所示，所有布孔通过导气管17与管路连接，未连接管路的用橡胶塞密封；模型铺设完成后，按照图1连接管路，进行实验。选择开切眼位置，将螺杆14依次拧出。打开截止阀3给模型充气，根据需要选择一路或多路充气，记录压力表4、流量计7、压力传感器9数据。