煤層開采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及借助于測(cè)定材料的化學(xué)或物理性質(zhì)來測(cè)試或分析材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煤層開采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]物理模擬實(shí)驗(yàn)是研宄采煤活動(dòng)中煤巖層移動(dòng)和礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的常用方法，可分為二維(平面)物理模擬實(shí)驗(yàn)和三維物理模擬實(shí)驗(yàn)兩類。其中三維物理模擬實(shí)驗(yàn)得到的是三維空間的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因而更加全面和可信。
[0003]在三維物理模擬實(shí)驗(yàn)中，模擬煤層的開挖是整個(gè)實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)之一。有的解決方法是在三維物理實(shí)驗(yàn)臺(tái)下設(shè)置地下操作空間，實(shí)驗(yàn)臺(tái)的底板由多塊可拆裝的活動(dòng)板構(gòu)成。在堆筑模型時(shí)，最下一層即為預(yù)開采額模擬煤層。開挖時(shí)，操作人員進(jìn)入地下操作空間，卸下預(yù)開挖位置的活動(dòng)板開挖，開挖完成后再裝上活動(dòng)板。此種開挖的缺點(diǎn)是操作不便利而且較為復(fù)雜，沒有考慮底板巖層對(duì)整個(gè)開采活動(dòng)的影響，模擬結(jié)果不夠準(zhǔn)確和全面。
[0004]也有的解決方法是在堆筑和養(yǎng)護(hù)完成的模型上先開一個(gè)小洞，然后在小洞里伸入器械對(duì)模型內(nèi)部進(jìn)行開挖。這種方式難以做到開挖的準(zhǔn)確，或者即使做到開挖的準(zhǔn)確也會(huì)因裝置的過于復(fù)雜和造價(jià)太高而難以實(shí)施。
[0005]還有的采用液壓裝置進(jìn)行開挖的模擬，堆筑模型時(shí)，在模擬煤層處用已充入相當(dāng)液體并保持壓力的多個(gè)液壓裝置占據(jù)開挖煤層的空間。模擬開挖時(shí)，依照開采順序?qū)⒁簤貉b置內(nèi)的液體放出，液壓裝置整體高度降低，完成開挖模擬。受物理模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)尺寸和工程量的限制，模型是不能做得太大的。因此煤層的厚度一般較小。在模擬實(shí)驗(yàn)中，液壓裝置的尺寸受到很大的限制。液壓裝置的尺寸小，則加工難度比較大，各部件的連接精度要求較高。三維物理模擬實(shí)驗(yàn)的堆筑、養(yǎng)護(hù)、開挖、觀測(cè)等過程持續(xù)時(shí)間較長，液壓裝置內(nèi)部在液體放出前的較長時(shí)間里要保持相當(dāng)高的壓力，增加了滲漏的風(fēng)險(xiǎn)，可靠性降低。另外，液壓管路為中空結(jié)構(gòu)，既要保證材料的強(qiáng)度，又要保證管路有相當(dāng)?shù)谋诤?。這樣，相對(duì)較粗的液壓管路從模型中穿過，對(duì)模型造成了較大影響。
[0006]可見，已有的在三維物理模擬實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)煤層開采的裝置和方法存在著一些不足。尋求可靠性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單且造價(jià)低廉的煤層開采裝置和方法具有重要意義。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種煤層開采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，通過使用所述實(shí)驗(yàn)裝置完成煤層開采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)，具有操作簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、系統(tǒng)可靠性強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確的特點(diǎn)。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是:一種煤層開采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述實(shí)驗(yàn)裝置包括若干個(gè)電熔蠟裝置、電源以及若干個(gè)開關(guān)，所述一個(gè)電熔蠟裝置和一個(gè)開關(guān)串聯(lián)后形成一條電熔蠟控制支路，若干條電熔蠟控制支路并聯(lián)在電源的兩端。
[0009]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述電熔蠟裝置包括底座、頂蓋以及電熔蠟組件，所述電熔蠟組件包括紙筒、位于紙筒內(nèi)的固化蠟以及位于固化蠟內(nèi)的電阻絲，所述電熔蠟組件的一端與底座固定連接，所述頂蓋蓋合于電熔蠟組件的另一端，所述電阻絲的兩端分別連接有一條電線。
[0010]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述底座和頂蓋為盆狀結(jié)構(gòu)，所述底座和頂蓋的側(cè)壁上設(shè)有電線孔，與所述電阻絲連接的電線通過所述電線孔向電熔蠟裝置的外側(cè)引出。
[0011]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述電阻絲為螺旋狀電阻絲。
[0012]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述頂蓋和底座采用不導(dǎo)電耐高溫材料制成。
[0013]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:通過使用所述實(shí)驗(yàn)裝置完成煤層開采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)，具有操作簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、系統(tǒng)可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)，穿過模型的電線對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的影響也比較輕微，從而實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型所述實(shí)驗(yàn)裝置的原理框圖；
[0015]圖2是圖1中電熔蠟裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]其中:1、電熔蠟裝置2、電源3、電線4、開關(guān)5、底座6、電阻絲7、頂蓋8、電線孔9、紙筒。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0018]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型，但是本實(shí)用新型還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實(shí)用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本實(shí)用新型不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。
[0019]如圖1所示，本實(shí)用新型公開了一種煤層開采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，所述實(shí)驗(yàn)裝置包括若干個(gè)電熔蠟裝置1、電源2以及若干個(gè)開關(guān)4。所述一個(gè)電熔蠟裝置I和一個(gè)開關(guān)4串聯(lián)后形成一條電熔蠟控制支路，若干條電熔蠟控制支路并聯(lián)在電源2的兩端。
[0020]如圖2所示，所述電熔蠟裝置包括底座5、頂蓋7以及電熔蠟組件，所述電熔蠟組件包括紙筒9、位于紙筒內(nèi)的固化蠟以及位于固化蠟內(nèi)的電阻絲6。所述電熔蠟組件的一端與底座5固定連接，所述頂蓋7蓋合于電熔蠟組件的另一端，所述電阻絲6的兩端分別連接有一條電線3。進(jìn)一步的，所述底座5和頂蓋7為盆狀結(jié)構(gòu)，所述底座5和頂蓋7的側(cè)壁上設(shè)有電線孔8，與所述電阻絲6連接的電線3通過所述電線孔8向電熔蠟裝置I的外側(cè)引出。
[0021]通過所述實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行煤層開采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)的方法包括如下步驟:
[0022](I)將兩根電線3分別與電阻絲6的兩端連接，制作一個(gè)紙筒9，紙筒9高度根據(jù)模擬煤層的開采厚度確定，用紙筒9圍住電阻絲6，并使上述兩根電線3穿過所述紙筒9，將蠟質(zhì)材料融化灌入紙筒9內(nèi)，凝固后與電阻絲6結(jié)合成一個(gè)柱體，然后將該柱體放置于底座5內(nèi)并固定，將頂蓋7蓋合在該柱體上；
[0023](2)將上述兩根電線3分別穿過底座5和頂蓋7上設(shè)置的電線孔8 ;
[0024](3)在三維物理模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)上堆筑底板模擬巖層，堆筑時(shí)在設(shè)定位置埋設(shè)壓力和位移傳感器并將傳感器信號(hào)線引出模型以外；
[0025](4)根據(jù)模擬問題的要求，在預(yù)定的煤層開挖位置安裝多個(gè)制作好的電熔蠟裝置I，將連接電熔蠟裝置I的電線3延伸至模型以外；
[0026](5)在電熔蠟裝置I安裝范圍的上面鋪設(shè)一層薄紗布，防止模擬材料在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)入裝置內(nèi)部；
[0027]( 6 )在預(yù)定不開挖的煤層位置繼續(xù)堆筑模擬煤層，進(jìn)而在模擬煤層和電熔蠟裝置I上面的薄紗布上繼續(xù)堆筑頂板模擬巖層。堆筑時(shí)在設(shè)定位置埋設(shè)壓力和位移傳感器，電熔蠟裝置I的底座5下和頂蓋7上也可埋設(shè)壓力傳感器，并將傳感器信號(hào)線要引出模型以外；
[0028](7)將傳感器信號(hào)線連接到壓力和位移信號(hào)測(cè)量裝置上；
[0029](8)在連接電熔蠟裝置I的電線3上設(shè)置開關(guān)4，在開關(guān)4處于斷開狀態(tài)下將電線3連接在電源2上；
[0030](9 )模型堆筑完成后養(yǎng)護(hù)一段之間后，根據(jù)模擬煤層的開挖順序，依次將連接電熔蠟裝置I的電線3上的開關(guān)4閉合。電阻絲6通電后發(fā)熱，熔化蠟質(zhì)材料，頂蓋7下降的高度即為煤層開采的厚度；
[0031](10)在開挖過程中以及開挖后的設(shè)定時(shí)間段內(nèi)，測(cè)記煤巖層內(nèi)部壓力和位移變化情況。
[0032]電線3應(yīng)比較柔軟并可抵抗一定的拉伸變形，鋪設(shè)電線3時(shí)也應(yīng)預(yù)設(shè)彎曲位置，以消除模擬巖層運(yùn)動(dòng)對(duì)電線3的拉伸作用。所述的電阻絲6可采用螺旋形狀，有少許的彈性以適應(yīng)不同的紙筒9高度。紙筒9高度根據(jù)模擬煤層的開采厚度確定:頂蓋7的頂板厚度加上底座5的底板厚度加上紙筒9高度，就是制作好的電熔蠟裝置I的高度。實(shí)際操作時(shí)紙筒9高度可以稍高一些，以便于修剪調(diào)整。所述的頂蓋7和底座5用不導(dǎo)電耐高溫材料制成。如頂蓋7和底座5用導(dǎo)電材料制成，需采取措施不使頂蓋7和底座5直接接觸，各個(gè)電熔蠟裝置I也需避免直接接觸。
[0033]通過使用所述實(shí)驗(yàn)裝置完成煤層開采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)，具有操作簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、系統(tǒng)可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)，穿過模型的電線對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的影響也比較輕微，從而實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種煤層開采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述實(shí)驗(yàn)裝置包括若干個(gè)電熔蠟裝置(I)、電源(2 )以及若干個(gè)開關(guān)(4 )，所述一個(gè)電熔蠟裝置(I)和一個(gè)開關(guān)(4 )串聯(lián)后形成一條電熔蠟控制支路，若干條電熔蠟控制支路并聯(lián)在電源(2)的兩端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層開采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述電熔蠟裝置包括底座(5)、頂蓋(7)以及電熔蠟組件，所述電熔蠟組件包括紙筒(9)、位于紙筒內(nèi)的固化蠟以及位于固化蠟內(nèi)的電阻絲(6)，所述電熔蠟組件的一端與底座(5)固定連接，所述頂蓋(7)蓋合于電熔蠟組件的另一端，所述電阻絲(6)的兩端分別連接有一條電線(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤層開采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述底座(5)和頂蓋(7)為盆狀結(jié)構(gòu)，所述底座(5)和頂蓋(7)的側(cè)壁上設(shè)有電線孔(8)，與所述電阻絲(6 )連接的電線(3 )通過所述電線孔(8 )向電熔蠟裝置(I)的外側(cè)引出。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤層開采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述電阻絲(6)為螺旋狀電阻絲。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤層開采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述頂蓋(7)和底座(5)采用不導(dǎo)電耐高溫材料制成。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種煤層開采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，涉及借助于測(cè)定材料的化學(xué)或物理性質(zhì)來測(cè)試或分析材料技術(shù)領(lǐng)域。所述實(shí)驗(yàn)裝置包括若干個(gè)電熔蠟裝置、電源以及若干個(gè)開關(guān)，所述一個(gè)電熔蠟裝置和一個(gè)開關(guān)串聯(lián)后形成一條電熔蠟控制支路，若干條電熔蠟控制支路并聯(lián)在電源的兩端。通過使用所述實(shí)驗(yàn)裝置完成煤層開采三維物理模擬實(shí)驗(yàn)，具有操作簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、系統(tǒng)可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)，穿過模型的電線對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的影響也比較輕微，從而實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確。
【IPC分類】G01N33-24
【公開號(hào)】CN204536318
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520068603
【發(fā)明人】劉建功, 海龍, 高會(huì)春, 曾瑞萍
【申請(qǐng)人】河北煤炭科學(xué)研究院
【公開日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日