[发明专利]模拟三维煤层开采试验台的双向柔性加载系统及方法

权利要求书

1.一种模拟三维煤层开采试验台的加载系统，其包括承载模型的框式试验台、三维开采模拟系统、气压加载系统和数控系统，其特征在于：

所述框式试验台的顶部和底部分别设置有顶板柔性加载装置和底板柔性加载装置，以实现对模拟煤层的双向柔性加载；

所述框式试验台包括上开放口，位于前、后、左与右方的侧墙板，及底板；所述前、后侧墙板为有机玻璃板；

所述三维开采模拟系统包括网格型气囊装置和稳压装置，所述网格型气囊装置铺设在框式试验台的中部用以模拟煤层，所述稳压装置的一端依次与气压加载系统、数控系统连接，另一端与所述网格型气囊装置连接，所述网格型气囊装置是由若干个单元气囊组合排列成的长方形垫体，其中，每个单元气囊均为独立的空腔体，通过气压加载系统、数控系统与稳压装置配合对每个空腔体内输送气体。

2.根据权利要求1所述的模拟三维煤层开采试验台的加载系统，其特征在于：每个单元气囊均由硫化橡胶制成，在每个单元气囊的底部开设用以注气的通道，所述通道的中部设有注气孔，所述注气孔与单元气囊的空腔保持连通，所述注气孔处连接有注气管；所述稳压装置的出气管上连接有连通器，每个单元气囊的注气管均连接在所述连通器上。

3.根据权利要求2所述的模拟三维煤层开采试验台的加载系统，其特征在于：所述注气管上设置有三通阀门。

4.根据权利要求1所述的模拟三维煤层开采试验台的加载系统，其特征在于：所述顶板柔性加载装置和底板柔性加载装置均为气压加载。

5.根据权利要求1所述的模拟三维煤层开采试验台的加载系统，其特征在于：所述底板柔性加载装置上方布置稳压橡胶板。

6.根据权利要求1所述的模拟三维煤层开采试验台的加载系统，其特征在于：所述单元气囊为长方形，通过气压加载系统、数控系统与稳压装置配合向每个空腔体内输送1MPa的气体。

7.根据权利要求1-6任一项所述的加载系统的使用方法，其特征在于：依次包括以下步骤：

a、依据实验研究要求及实际地质条件，选择相应的相似模拟材料，设计试验模型，铺设煤层底板；

b、在试验台标注所需铺设的煤层的位置，铺设网格型气囊装置，其中单元气囊的个数根据模型设计要求来定，依次打开数控系统、气压加载系统和稳压装置，分别向每一列每一排的单元气囊中注入气体并调节稳压；

c、在三维开采模拟系统上方铺设模拟顶板，层与层之间铺撒定量云母粉，并铺设传感器进行实验数据的采集；

d、模型静置24h后，依据试验设定进行顶板和底板的柔性加载；

e、根据煤层开采设定，依次将网格型气囊装置内的气体进行泄压，模拟实际开采进刀，记录试验现象和数据。