[发明专利]一种三维固液耦合相似模拟煤层采空区积水的装置及方法

权利要求书

1.一种三维固液耦合相似模拟煤层采空区积水装罝，其特征在于：包括箱体(1)、岩层模拟系统(9)和煤层开采系统(10)，所述箱体(1)由外框架(2)、底板、左侧板(3)、右侧板(4)、前侧板(5)、后侧板(7)构成的长方体台架，所述箱体(1)的顶部不加设顶板为露天结构，所述箱体(1)内部合理布置有导水软管(20)。

2.根据权利要求1所述的三维固液耦合相似模拟煤层采空区积水装罝，其特征在于：所述外框架(2)采用槽钢材料，所述左侧板(3)、右侧板(4)采用尺寸为200×800mm²厚度为6mm的橡胶板，所述后侧板(7)采用尺寸为600×800mm²厚度为6mm的橡胶板，所述前侧板(5)采用尺寸为1000×800mm²厚度为10mm的有机玻璃板，所述有机玻璃与外框架(2)用螺栓(6)连接固定，所述橡胶板的内侧涂有有机防水涂料，所述橡胶板的接合处内侧贴有遇水膨胀止水条(8)。

3.根据权利要求1所述的三维固液耦合相似模拟煤层采空区积水装罝，其特征在于：所述岩层模拟系统(9)为利用相同物化性质的相似材料铺设于箱体内部模拟地下煤岩层，从上往下依次为松散岩层、覆岩层、煤层以及底板隔水层。

4.根据权利要求1所述的三维固液耦合相似模拟煤层采空区积水装罝，其特征在于：所述煤层开采系统(10)为采煤机器人，所述采煤机器人包括采煤机构(16)、设置在所述采煤机构(16)顶部的感应机构(17)、设置所述采煤机构(16)右侧面上的采煤臂(11)、设置在所述采煤机构(16)底部的液压传动机构(13)、设置在所述采煤臂(11)与所述液压传动机构(13)之间的液压杆(14)，所述液压传动机构(13)的左端设置有运输装置(19)，所述液压传动机构(13)的右下端设置有收煤机构(15)，所述运输装置(19)与所述液压传动机构(13)的底部设置有行走机构(12)，所述运输装置(19)的顶部设置有风扇(18)。

5.根据权利要求4所述的三维固液耦合相似模拟煤层采空区积水装罝，其特征在于：所述行走机构(12)采用设置有自锁装置的微型履带式行走机构。

6.一种采用权利要求1所述的三维固液耦合相似模拟煤层采空区积水装罝进行相似模拟煤层采空区积水的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)在箱体内部四周均匀铺设相似材料模拟煤柱；

2)选取相似材料按从上到下一次铺设松散岩层、覆岩层、煤层以及底板隔水层，且保持铺设旳各岩层平直，同时通过导水软管向覆岩层中注入水形成含水层；

3)编辑相关程序和指令来远程控制采煤机器人进行采掘工作，期间通过有机玻璃来观察采空区积水以及导水裂隙带的情况，在所注入水中添加颜料便于观察。

7.根据权利要求6所述的三维固液耦合相似模拟煤层采空区积水的方法，其特征在于：所述松散岩层模拟为细砂岩层，所述覆岩层模拟为石灰岩，所述煤层模拟为中砂岩，所述底板隔水层模拟为粗砂岩，所用主要材料为水泥、砂子、石子、石膏、滑石粉、克晒赢等按照比例铺设各岩层。