[发明专利]煤炭地下开采地表移动三维模拟试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种煤炭地下开采地表移动三维模拟试验装置，其特征在于，它包括外框架、加压机构、拉拔机构和煤层模拟部分；其中：

所述外框架包括设在四个角的立柱，在立柱上间隔地设有多个螺纹钻孔，通过螺栓穿过螺纹钻孔在四个立柱上安装上前后左右四个承压板；

所述的煤层模拟部分是由在水平面上交错分布且相互连接的开采煤组块和预留煤柱组件组成，煤层模拟部分四周与前后左右四个承压板连接；所述的预留煤柱组件是一个底部开口的矩形钢制本体,称之为第一矩形钢制本体，开采煤组块也是由多个小矩形钢制单元组成的矩形钢制本体，称之为第二矩形钢制本体；在第一矩形钢制本体的内侧四壁上开设有腰型通孔，在第一矩形钢制本体的顶部还设有向内延伸的焊接螺母，焊接螺母与拉拔机构相连接；在第二矩形钢制本体的内侧四壁上开设有螺纹孔，第一矩形钢制本体和第二矩形钢制本体通过防滑紧固螺丝穿过腰型通孔和螺纹孔相连接；在前后左右承压板上也均阵列布置有螺纹孔，煤层模拟部分的通过螺栓穿过该螺纹孔与四个承压板相连接；在煤层模拟部分上表面还填充有煤层相似材料，煤岩层相似材料的四周设有挡板，挡板通过螺栓连接在立柱上；

所述的加压机构设置在所述外框架的顶部，且所述加压机构通过加压位置调节单元与所述外框架相连接，所述加压机构用于对煤层相似材料的表面进行加压；所述的加压机构包括依次连接的第一滚珠滑台、液压千斤顶和加载板，第一滚珠滑台与加压位置调节单元相连接，加载板的位置与煤岩层相似材料的表面位置相对应；所述的加压位置调节单元包括中部轨道横梁、第二滚珠滑台、上轨道立柱和上轨道横梁，中部轨道横梁对称设置在外框架的左右两侧，且中部轨道横梁的上下侧面上分别设有上部滑轨和下部滑轨，上轨道立柱的底部通过第二滚珠滑台与上部滑轨滑动连接，上轨道横梁水平地固定在上轨道立柱的顶部，且上轨道横梁上还设有第一滑轨，第一滑轨与第一滚珠滑台滑动连接；

所述的拉拔机构设置在所述外框架的底部，且所述拉拔机构通过拉拔位置调节单元与所述外框架相连接，所述拉拔机构用于向下拉拔所述开采煤组块模拟煤炭开采；所述的拉拔机构包括第三滚珠滑台、拉拔仪和拉杆，滚珠滑台与拉拔位置调节单元相连接，拉拔仪穿设在拉杆上与滚珠滑台相连接，拉杆与第一矩形钢制本体焊接螺母相连接；所述的拉拔位置调节单元包括第四滚珠滑台、下轨道立柱和下轨道横梁，下轨道立柱的顶部经第四滚珠滑台与下部滑轨滑动连接，下轨道立柱的底部与下轨道横梁相连接，下轨道横梁上还设有第二滑轨，第二滑轨与第三滚珠滑台滑动连接。

2.如权利要求1所述的煤炭地下开采地表移动三维模拟试验装置，其特征在于，所述外框架包括立柱、第一承压板、第二承压板、第一挡板和第二挡板，在第一挡板上嵌设有透明亚克力板，以及所述立柱的底部还设有支座。

3.一种如权利要求1-2任一所述的煤炭地下开采地表移动三维模拟试验装置的试验方法，其特征在于，它包括以下步骤：

第一步：根据工程现场实际情况制定欲模拟开采工况组合试验装置；

第二步：获取现场煤层及岩层参数，在室内配制相似材料；

第三步：试验确定所配制的相似材料参数；

第四步：在所述试验装置中铺设相似材料，布置传感器，分层压实；

第五步：在试验装置前、后面布置高速相机，结合数字图像处理技术监测岩层平面位移；在试验装置地表变形观测位置布设三维扫描仪，实时扫描存储地表及建筑物变形、移动情况；

第六步：按照既定的开采模拟方案进行相似模拟试验，具体包括：将欲采出的开采煤组块之间的防滑紧固螺丝松开，利用拉拔机构将开采煤组块逐个拉下的方式来模拟煤炭开采，试验结束后，根据相应的数据记录进行数据处理、分析。