[发明专利]一种相似模拟实验的模拟开挖装置、实验装置及方法

说明书

本发明提供了一种相似模拟实验的模拟开挖装置、实验装置及方法，该模拟开挖装置包括模拟煤层部件，所述模拟煤层部件包括：模拟巷道组件；模拟煤柱组件，所述模拟煤柱组件包括多个横截面为矩形的伸缩柱，所述多个伸缩柱在所述模拟巷道组件的一个侧面上以预设间隔均匀地排列为一排且排列方向对应所述伸缩柱的宽度方向，所述预设间隔的大小等于所述伸缩柱的宽度；其中，所述两个模拟煤层部件所分别对应的所述伸缩柱交叉配合以填补彼此的两个相邻所述伸缩柱之间的间隙。基于本发明的技术方案，模拟开挖装置能够自动化、定量化、低扰动地模拟煤层的开挖，无需人为操作，煤层厚度、采空区尺寸都可提前进行设置，提高了相似模拟实验的精度和准确度。

技术领域

本发明涉及矿山相似模拟实验技术领域，特别地涉及一种相似模拟实验的模拟开挖装置、实验装置及方法。

背景技术

采煤引起的开采沉陷现象一直都是煤炭生产安全及采后生态恢复的难题，会对人们财产安全、生产作业安全及地表生态环境产生很大影响。为此，学者们以相似理论为依据，使用人工材料制作一定缩小比例的模型，来模拟开采工作中的岩层及地表的移动变形，进而研究岩层及地表的移动变形规律，这就是相似模拟实验。相似模拟实验所使用的模型一般有二维平面模型架和三维相似模拟实验台两种，其中二维平面模型架操作简单结果直观，但是只能对工作面及其上覆岩层的一个截面进行模拟，无法展示覆岩整体移动变形情况，而三维相似模拟实验台则可以模拟出不同方向上的岩层移动，对覆岩的移动变形规律进行更加全面的研究。

但是，三维相似模拟实验的煤层开挖位置位于煤层内部，通过人工装置开挖不但操作复杂，还会在开挖过程中对模型其他部分产生扰动。于是现有技术中出现了利用水袋模拟煤层，通过对水袋中水的充放来模拟开采填充过程，但该方法无法有效固定水袋形状，也就无法精准模拟煤层在开采过程中所提供的支撑作用；还有一种方法是利用石蜡来模拟煤层，通过加热融化来模拟煤层采出过程，但该方法需要额外加入加热装置，并且实际操作较为复杂；除此之外还有利用液压等机械装置来模拟煤层开采，但这些装置都存在制作复杂、体量过大、实践成本高等问题。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种相似模拟实验的模拟开挖装置、实验装置及方法，模拟开挖装置能够自动化、定量化、低扰动地模拟煤层开挖过程，无需人为操作，煤层厚度、采空区尺寸都可提前进行设置，并且模拟开挖过程中不会对上覆岩层造成二次扰动，提高了相似模拟实验的精度和准确度。

本发明的一种相似模拟实验的模拟开挖装置，包括两个相互连接的模拟煤层部件，所述模拟煤层部件包括：

模拟巷道组件，所述模拟巷道组件的外形为长方体；

模拟煤柱组件，所述模拟煤柱组件包括多个横截面为矩形的伸缩柱，所述多个伸缩柱在所述模拟巷道组件的一个侧面上以预设间隔均匀地排列为一排且排列方向对应所述伸缩柱的宽度方向，所述伸缩柱的轴线垂直于所述侧面，所述预设间隔的大小等于所述伸缩柱的宽度；

其中，所述两个模拟煤层部件所分别对应的所述伸缩柱交叉配合以填补彼此的相邻所述伸缩柱之间的间隙。

在一个实施方式中，所述伸缩柱包括固定部与伸缩部，所述固定部完全容纳于所述模拟巷道组件的内部，所述伸缩部能够相对所述固定部伸缩并能够伸出至所述模拟巷道组件的外部。

在一个实施方式中，还包括：

连接套，所述连接套套设在所述两个模拟煤层部件沿所述多个伸缩柱的排列方向的端部，以保持所述两个模拟煤层部件相对固定。

通过本实施方式，两个模拟煤层部件相互连接组装后，连接套整体套设在两个模拟煤层部件同一侧的端部，以保证两个模拟煤层部件彼此之间的相对固定，进而保证模拟开挖装置的结构稳定。

在一个实施方式中，还包括：