[发明专利]一种残煤复采三维相似模拟实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种残煤复采三维相似模拟实验装置及方法，该装置主要由台式试验模型箱体、模拟岩层、开采支护装置和监测监控系统构成；方框形台式试验模型箱体的四周挡板可以随意拆卸，方便模拟实验的操作与观察；开采支护装置中的多功能智能机车可以更换机头，从而实现拍摄、打木垛、打锚杆、喷雾、喷浆、采煤、运煤等操作，大大简化实验方式；监测监控系统能实时监测上覆岩层内的压力变化情况，并利用计算机形象模拟，从而真实的反应现场情况。残煤复采三维相似模拟实验装置既能再现前期小煤窑开采过程，又能在此基础上实现治理后的残留煤炭资源复采，使实验模拟更加客观、真实，操作简单，数据采集方便，实验结果更有助于指导工程实践。

技术领域

本发明涉及一种残煤复采三维相似模拟实验装置及方法，具体涉及小煤窑旧采空区残留煤炭资源复采的实验装置及方法。

背景技术

在采矿工程中，以前小煤窑的不规范开采造成煤炭资源的大量浪费，随着煤炭资源的整合，残煤浪费现象严重，残煤复采亦越发受到关注，针对残煤复采研究的方法多种多样。相似模拟是其中的重要方法之一，我们可以借助相似模型，利用在模型上研究的结果，推断出原型中可能发生的现象，从而解决工程生产中的实际问题。

相似模型反映实际情况的准确程度很大程度上取决于模型实现的相似程度。当前，较多的实验采用二维模型进行模拟，其结果与三维实际问题存在很大差异，而三维模型又由于模型体积大，在煤层的开采和巷道开挖过程中不易操作，也不易观察开采所带来的矿压显现等情况，实施困难。同时，残煤复采较传统相似模拟增加了小煤窑开采环节，现实情况更加复杂，所以研发一种适用于残煤复采的三维相似模拟实验装置和方法变得至关重要。

因此，本发明提供了一种附带多功能智能机车的残煤复采三维相似模拟实验装置和方法，有助于实验操作和实验现象的观察，操作简单且更加接近实际情况，实验结果更有参考价值。

发明内容

本发明旨在提供一种结构简单、操作方便、相似模拟可靠性强、数据准确、模拟效果好的残煤复采三维相似模拟实验装置及方法。

本发明的残煤复采三维相似模拟实验装置，包括箱体、岩层模拟系统、开采充填系统和监测监控系统。

所述箱体由角钢、螺栓、底板、顶板、护板、滑动槽组成；

所述岩层模拟系统由底板岩层、煤层、上覆岩层、方形片状加压水袋组成；

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；

所述监测监控系统由小型无线压力传感器和计算机系统组成；

所述箱体四周的长方形护板均为U型钢板，煤层处可用带滑动槽的抗压玻璃板组合来代替护板，各护板与角钢用螺栓固定；所述底板为钢材料，其四个角上有螺纹孔，并与角钢通过螺栓固定连接。

所述岩层模拟系统中的底板岩层、煤层、上覆岩层由砂子、石膏、石灰等配料按不同的相似比配成，所述煤层中的旧式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的对角两端连接有进水软管和出水软管，两条软管的另一端连接到同一台水泵上，进水软管上安装有水压表和止水阀门，出水软管上仅安装有止水阀门。

所述的开采支护装置的主要部分为多功能智能机车，所述的多功能智能机车包括车体、底座、旋转台、底卸式翻斗、支杆转轴、行走机构、支杆、伸缩杆转轴、液压伸缩杆、微转轴、夹持机构、感应装置、电源装置、动力装置、通孔、监控装置组成。