[发明专利]一种采动岩层移动和瓦斯运移的三维相似模拟试验装置

说明书

本发明公开了一种采动岩层移动和瓦斯运移的三维相似模拟试验装置，包括一个主体框架，其四个侧面均安装了侧面板，底部固定若干根矩形管，矩形管上铺设有相似材料，相似材料内埋设若干抽气管，相似材料内两侧分别设有进风管和回风管，进风管一端与回风管一端相连，相似材料上方设有施压板和液压杆，液压杆的一端与对应的施压板的上表面固接，另一端固接至同一根横杆上，横杆一端设有手轮，手轮下方设有沿工作面走向的传动链条，手轮外周上分布有咬合齿，并与传动链条相接触，注油管一端分别导入对应液压杆内，另一端接入油泵，主体框架上开有若干瓦斯注入口。本发明实现了三维尺度下相似模拟实验以及采动影响下瓦斯在覆岩中运移、富集规律的研究。

技术领域

本发明属于煤炭开采技术领域，特别涉及了一种采动岩层移动和瓦斯运移的三维相似模拟试验装置。

背景技术

相似模拟试验可以完成岩土工程和采矿工程中实验室尺度的巷道或隧道变形破坏机理、岩层运移特征、原岩应力探测、采动过程中瓦斯在上覆岩层中运移和富集规律等方面的研究。目前，国内所拥有的相似模拟试验平台有如下特点和缺点：

1、可使用各种相似模型材料，但试验平台尺寸多只可以模拟二维尺度下地表以及岩层的采动移动，三维尺度模拟试验台涉及较少；且三维尺度的模拟实验台，往往是通过铺设不同尺寸的充填物(如塑料泡沫球体等)来模拟采空区岩层垮落体，并不能够真正意义上模拟采空区的自然垮落形成的空隙物理特性。

2、可实现岩层移动、地表沉陷的模拟试验，但是模拟采动过程中结合通风、瓦斯释放来研究瓦斯随采动过程的运移、分布规律的相似实验则涉及较少。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种采动岩层移动和瓦斯运移的三维相似模拟试验装置，实现三维尺度下相似模拟实验以及采动影响下瓦斯在覆岩中运移、富集规律的研究。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种采动岩层移动和瓦斯运移的三维相似模拟试验装置，包括一个主体框架，主体框架的四个侧面均安装了侧面板，主体框架的底部固定若干根矩形管，矩形管上铺设有用于模拟覆岩或地表的相似材料，相似材料内均匀埋设若干抽气管，相似材料内两侧分别设有进风管和回风管，进风管一端与回风管一端相连，相似材料的上方设有n个施压板和n个液压杆，每个液压杆的一端与对应的施压板的上表面固接，每个液压杆的另一端固接至同一根横杆上，该横杆的一端设有手轮，手轮的下方设有沿工作面走向的传动链条，手轮的外周上分布有咬合齿，并与传动链条相接触，n根注油管的一端分别导入对应的液压杆内，n根注油管的另一端接入油泵，油泵内存储有液压油，主体框架上开有若干瓦斯注入口；待相似材料风干后，将液压油通过注油管注入液压杆以增加压力，用于模拟地层压力，通过转动手轮，沿着轨道链条调整施压板的按压位置以达到均匀施压的效果，同时抽出相似材料下的矩形管以模拟煤层工作面的推进过程(由于矩形管的抽出，形成了模拟的采空空间，上覆模拟覆岩或地表的相似材料在施压板的作用下进行了自然的垮落，形成了裂隙空间，可以很好地模拟实际工作面在采过后岩层的垮落过程)，向进风管注入新鲜风流，同时在另一侧回风管负压抽气，使得工作面内部形成开放循环风流，模拟工作面采空区的通风系统，向瓦斯注入口释放瓦斯气体以模拟采空区瓦斯运移和聚集，待模拟工作面推进完毕且施压效果达到预设的效果，并且取得系统的采动覆岩内部瓦斯浓度分布的数据之后，主体框架正面的侧面板替换为透明板。

基于上述技术方案的优选方案，矩形管与主体框架和各抽气管可拆卸式固接。

基于上述技术方案的优选方案，抽气管包括粗管和细管，细管内嵌于粗管中，粗管上按照预设高度打有钻孔，细管的底部设有一活塞气室，该气室能够上下移动至钻孔处进行抽吸和采集气体，然后可以进行气体浓度分析，获得了三维空间内任意一点的浓度分布。

基于上述技术方案的优选方案，进风管和回风管的管口处设有风机，进风管口为正压输出，回风管口为负压抽吸。