[发明专利]一种残煤复采三维相似模拟实验装置及方法

权利要求书

1.一种残煤复采三维相似模拟实验装置，其特征在于：包括箱体、模拟岩层、开采支护装置和监测监控装置；

所述箱体由角钢（1）、螺栓（2）、底板（3）、顶板（4）、护板（5）、滑动槽（6）组成，底板（3）与顶板（4）通过角钢（1）、螺栓（2）连接成一个整体，组成箱体的框架，横向设置的护板（5）与滑动槽（6）通过螺栓（2）连接在角钢（1）上，构成箱体的四壁；

所述模拟岩层包括底板岩层（7）、煤层（8）、上覆岩层（9）、方形片状加压水袋（10），底板岩层（7）、煤层（8）和上覆岩层（9）按照相似模拟的地质原型由下到上分层铺设于箱体内，方形片状加压水带安装在上覆岩层（9）与顶板（4）之间；

所述开采支护装置由多功能智能机车和辅助操作平台组成，多功能智能机车在模型内部所模拟的小煤窑巷道内工作，辅助操作平台设置在箱体外部5~10m范围内，利用无线传输技术实现对多功能智能机车的控制；

所述监测监控系统由小型无线压力传感器（13）和计算机组成，小型无线压力传感器（13）安设在模型内部，计算机设置在箱体外部5~10m范围内，通过无线传输技术来采集小型无线压力传感器（13）监测到的数据；

所述的模拟岩层、开采支护装置中的多功能智能机车和监测监控系统中的小型无线压力传感器（13）均安装在箱体内部，开采支护装置中的辅助操作平台和监测监控系统中的计算机设置在箱体外部5~10m范围内。

2.根据权利要求1所述的一种残煤复采三维相似模拟实验装置，其特征在于：所述箱体四周的长方形护板（5）均为槽型钢板，煤层（8）外围用带可滑动玻璃板的槽型钢板（6）代替护板（5），各护板（5）与角钢（1）通过螺栓（2）固定；所述底板（3）为钢材料，其四个角上有螺纹孔，并与角钢（1）通过螺栓（2）固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种残煤复采三维相似模拟实验装置，其特征在于：所述模拟岩层中的底板岩层（7）、煤层（8）、上覆岩层（9）由砂子、石膏、石灰配料按不同的相似比配成，所述煤层（8）中的小煤窑开采巷道位置处采用橡胶块体代替，所述的方形片状加压水袋（10）的对角两端连接有进水软管（14）和出水软管（30），两条软管的另一端连接到同一台水泵（31）上，进水软管（14）上安装有水压表（32）和止水阀门（33），出水软管（30）上安装有止水阀门（33）。

4.根据权利要求1所述的一种残煤复采三维相似模拟实验装置，其特征在于：所述的开采支护装置包括多功能智能机车，多功能智能机车包括车体（15）、底座（16）、旋转台（17）、底卸式翻斗（11）、支杆转轴（18）、行走机构（19）、支杆（20）、伸缩杆转轴（21）、液压伸缩杆（22）、微转轴（29）、夹持机构（23）、感应装置（24）、电源装置（25）、动力装置（26）、通孔（27）、监测装置（28）组成；

所述的多功能智能机车的车体（15）为长方体结构，由具有抗压能力的硬质板制成，其外部固定能运煤的底卸式翻斗（30）和支杆转轴（18）；支杆转轴（18）与伸缩杆转轴（21）均由伺服电机（12）控制转动和自锁，并由支杆（20）连接传动；液压伸缩杆（22）两端分别与伸缩杆转轴（21）和微转轴（29）连接，微转轴（29）连接控制夹持机构（23）；车体（15）内部装有感应装置（24）、电源装置（25）、动力装置（26）；扁平状的感应装置（24）位于车体（15）的内侧上方，与计算机无线连接；内部装有蓄电池的电源装置（25）位于感应装置（24）的下方；动力装置（26）位于电源装置（25）的下方和车体（15）底板内侧上方，车体内的部件通过导线穿过通孔（27）与外部连接；监测装置（28）位于车体（15）的上方，由微型摄像头和小灯源组成，与计算机无线连接；多功能智能机车的底座（16）为钢材料，其与车体（15）通过旋转台（17）连接；行走机构（19）由具有自锁功能的车轮组成，与底座（16）连接并位于底座（16）的左右两侧，由动力装置（26）提供动力；动力装置（26）为电机组，由若干个电机组成，电机为各个机构提供动力；感应装置为温度、湿度和瓦斯传感器组合而成，用于获取除实际图像外的环境信息。