[发明专利]采动覆岩破断型式及运动特征的三维多功能实验平台及试验方法

权利要求书

1.一种采动覆岩破断型式及运动特征的三维多功能实验平台，其特征在于：它包括试验桌体和设置在试验桌体上方的岩体模拟装置：

试验桌体包括支架（1），支架（1）一侧对边设有两块固定横梁（2），两块固定横梁（2）的中下部焊接带有螺孔的托架（7），支架（1）另一侧对边设有两块宽夹板（3），固定横梁（2）和宽夹板（3）通过焊接在支架（1）上形成四边框体，支架（1）下方设有与支架（1）面积匹配的垂直升降板（5），垂直升降板（5）上横向排布有多个水平抽板（4），垂直升降板（5）下方的四角位置设有短支撑柱（6），多组水平抽板（4）成对横向排布固定在宽夹板（3）中,便于向外抽出，成对的水平抽板（4）之间纵向设有附加横梁（11）；

岩体模拟装置包括用于制作模拟岩层的模具，支架包括四块相互拼接组合的竖直薄板（8），埋深模拟装置包括气袋（9），气袋（9）上方设有多块透明板（10），多块透明板（10）的面积与支架顶部相匹配;

水平抽板（4）为“工”字型。

2.根据权利要求1所述的采动覆岩破断型式及运动特征的三维多功能实验平台，其特征在于：气袋（9）与透明板（10）采用PVC透明材料。

3.根据权利要求1所述的采动覆岩破断型式及运动特征的三维多功能实验平台，其特征在于：两块固定横梁（2）中下部的托架（7），托架（7）与附加横梁（11）的两端用螺母固定。

4.根据权利要求1所述的采动覆岩破断型式及运动特征的三维多功能实验平台，其特征在于：薄板（8）的上边界设有可以与三块透明板（10）连接的螺孔，并使用螺母连接封顶。

5.一种使用权利要求1所述采动覆岩破断型式及运动特征的三维多功能实验平台的试验方法，其特征在于步骤如下：

根据模拟试验工作面的地质条件在垂直升降板（5）上设置水平抽板（4）和附加横梁（11）的位置形成模拟工作面底板，用千斤顶将垂直升降板（5）撑起顶住模拟工作面底板；

按比例将沙子、碳酸钙、石膏和水进行混合，模拟被测岩层的结构均匀铺设在模拟工作面底板上，待模拟被测岩层干硬后将未充气的气袋（9）覆盖在模拟被测岩层之上，将多块透明板（10）用螺母固定在竖直薄板（8）上对支架进行封顶；

使用气泵向气袋（9）内充气，气袋（9）膨胀后与连成一体的竖直薄板（8）和透明板（10）相接触，保持气袋（9）的受挤压状态即模拟对岩层上边界持续的均布载荷；

根据试验需要通过千斤顶控制垂直升降板（5）下降一定高度，模拟相应工作面采高，此时模拟的采高为垂直升降板（5）下降高度和水平抽板（4）厚度之和，从支架一端开始依次将水平抽板（4）向外抽出一定距离，从而模拟覆岩下开采的工作面宽度，并通过顺序将水平抽板（4）向外抽出模拟工作面推进，随着模拟工作面的推进，当模拟被测岩层底部模拟的顶板悬露面积达到一定程度时，模拟被测岩层由下而上逐层发生破断，破断范围逐层递减，破断高度与岩层破断角及关键层位置有关，以此类推直至所有水平抽板（4）抽完，模拟覆岩下的工作面开采完毕。

6.根据权利要求5所述的试验方法，其特征在于模拟单工作面开采研究采动覆岩破断型式及运动时：将水平抽板（4）成对设置在垂直升降板（5）上，且水平抽板（4）向内侧对齐形成一个完整的平面，从而构成单工作面开采时的模拟工作面底板。

7.根据权利要求5所述的试验方法，其特征在于模拟双工作面开采研究采动覆岩破断型式及运动时：用螺栓将附加横梁（11）与支架（1）两侧的托架（7）连接固定，升起垂直升降板（5）使垂直升降板（5）顶部与附加横梁（11）接触，在支架（1）两侧的宽夹板（3）内成对设置水平抽板（4），使附加横梁（11）的顶面与水平抽板（4）的底面在同一水平高度，将水平抽板（4）的内侧一端搭置在附加横梁（11）的长边边缘处，搭接部分外侧一端夹在宽夹板（3）内，此时所有水平抽板（4）构成中间隔有附加横梁（11）形成的凹槽的两个模拟工作面煤层，凹槽底部为附加横梁（11）的顶面裸露部分，按照煤层参数的相似比将沙子、碳酸钙、石膏和水进行搅拌，并将混合物填满凹槽，使水平抽板（4）与混合物形成一个完整的平面，其中凹槽内的混合物即模拟相邻两个工作面之间留设的煤柱。