。
[0077]輸水管9包括第一管體201、第二管體202和第三管體203，第一管體201的一端通過彈性軟管102和接頭101與前一個(gè)小水袋的出水口 8連接，第二管體202的一端通過彈性軟管102與第一管體201的另一端相連，第三管體203的一端通過彈性軟管102與第二管體202的另一端相連，第三管體203的另一端通過彈性軟管102和接頭101與后一個(gè)小水袋的入水口 7連接；第一管體201與第二管體202之間形成的角度以及第二管體202與第三管體203之間形成的角度均為銳角；在第二管體202外側(cè)的中部設(shè)置有水流量傳感器10。第一管體201和第三管體203的長(zhǎng)度為25mm，第二管體203的長(zhǎng)度為40mm，用于連接的彈性軟管102的長(zhǎng)度均為10mm。這種“Z”型布置方式可以保證水袋之間有相對(duì)較大的滑動(dòng)甚至旋轉(zhuǎn)，這種對(duì)于大采高以及特厚煤層的相似模擬試驗(yàn)效果更佳，成功率高。因?yàn)榇蟛筛咭约疤睾衩簩拥捻敯蹇迓浞秶头认鄬?duì)劇烈，水袋移動(dòng)范圍也較大。
[0078]輸水管9還包括第一支撐管301和第二支撐管302，第一支撐管301的一端固定在第一管體201的中部，另一端固定在前一個(gè)小水袋的右側(cè)壁6上，第一支撐管301、第一管體201和右側(cè)壁6之間形成一個(gè)穩(wěn)定的等邊三角形的空間；第二支撐管302的一端固定在第三管體203的中部，另一端固定在后一個(gè)小水袋的左側(cè)壁5上，第二支撐管302、第三管體203和左側(cè)壁5之間形成一個(gè)穩(wěn)定的等邊三角形的空間，第一支撐管301和第二支撐管302為直徑2_的塑料棒。這種雙接頭“Z”型布置方式可以保證水袋之間有相對(duì)較大的滑動(dòng)甚至旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，可以降低因?yàn)樯戏缴笆认侣?，壓住接頭導(dǎo)致失敗等風(fēng)險(xiǎn)，雙接頭的設(shè)計(jì)大大降低了試驗(yàn)失敗的風(fēng)險(xiǎn)。這種對(duì)于大采高以及特厚煤層且，含水層在所在巖層垮落范圍較大時(shí)的相似模擬試驗(yàn)效果更佳，因?yàn)樵谶@種情況下，水袋之間移動(dòng)距離相對(duì)較大，上方模擬巖層垮落的砂石較多，容易壓住管路。
[0079]在水袋頂板I和水袋底板2的左右兩側(cè)還分別設(shè)置有保護(hù)板11，由水袋頂板I和水袋底板2向左右兩側(cè)延伸而成，將所有小水袋的保護(hù)板11依次相連，在相鄰的兩個(gè)小水袋間形成保護(hù)輸水管9的置物空間。
[0080]水袋頂板I和水袋底板2為PVC板，前側(cè)壁3、后側(cè)壁4、左側(cè)壁5和右側(cè)壁6的截面為可折疊伸縮的齒形結(jié)構(gòu)，由丁基橡膠制成。小水袋的長(zhǎng)度為270_，寬度為300_，前側(cè)壁3、后側(cè)壁4、左側(cè)壁5和右側(cè)壁6的最大拉伸高度為60_ ;保護(hù)板11的長(zhǎng)度為15_，寬度為300mm ;水袋頂板I和水袋底板2的厚度為4_，前側(cè)壁3、后側(cè)壁4、左側(cè)壁5和右側(cè)壁6的厚度為2.2mm ;彈性軟管102為聚丙烯材料制成，外直徑為70mm，內(nèi)直徑為50mm。上下兩平面為4mm的硬度PVC (聚氯乙烯)板，硬度大，強(qiáng)度大，強(qiáng)度高，可以抵抗上下方壓力，且達(dá)到水袋均勻受力的要求，前后左右四個(gè)側(cè)面都比上下板相對(duì)薄一點(diǎn)，厚度2.2mm，材質(zhì)為丁基橡膠，且2.2mm的厚度保證不易變形，不會(huì)擠壓小水袋之間的水管。軟管材質(zhì)為聚丙稀，直徑70mm，內(nèi)腔直徑50mm，20mm的外殼厚度可以保證軟管有一定外部抗壓強(qiáng)度，且50mm內(nèi)腔在完全充水情況下，內(nèi)部壓力不會(huì)壓爆軟管而漏水。
[0081]從正視圖來看，10個(gè)水袋的入水口 7和出水口 8的排列為對(duì)稱設(shè)計(jì)，當(dāng)模型水袋下方的煤層開挖時(shí)，水袋中部會(huì)率先下沉，且下移的位移最大，這樣的設(shè)計(jì)可以有效保護(hù)水袋和軟管的連接安全，且輸水管9為塑料軟管，可以彎曲和拉長(zhǎng)，加上這樣的角度設(shè)計(jì)，不會(huì)影響水袋的運(yùn)動(dòng)。左邊5個(gè)小水袋，進(jìn)水口 7在中間高度，出水口 8在下部，距離底部平面1-2_左右；右邊5個(gè)水袋，出水口 8在中間高度，進(jìn)水口 7在下部，距離底部平面1-2_左右。從俯視圖來看，入水口 7都在前方，出水口 8都在后方，主要是為了在有限的空間內(nèi)增加塑料軟管的最大拉伸長(zhǎng)度，保證塑料軟管不會(huì)拉扯到小水袋，從而不會(huì)影響小水袋的位移，保證研究結(jié)果更加科學(xué)。這種特殊的小水袋的設(shè)計(jì)可以保證有較大的滑動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，傾斜設(shè)計(jì)可以保證在安裝的時(shí)候可以錯(cuò)開，這樣就有較大的安裝空間。水袋設(shè)計(jì)為上下材質(zhì)很厚，前后左右四個(gè)側(cè)面都很薄，且4個(gè)側(cè)壁的豎向切面為齒形結(jié)構(gòu)，可在一定范圍內(nèi)任意上下伸縮，小水袋在使用前處于完全壓縮狀態(tài)，這樣可以根據(jù)煤層厚度的多少，放相對(duì)應(yīng)的水進(jìn)去，下材質(zhì)很厚，前后左右四個(gè)側(cè)面都很薄和齒形結(jié)構(gòu)的側(cè)面設(shè)計(jì)可以保證上下平面水平增高，可以根據(jù)需要沖水，來控制其高度。改變了以前每模擬一個(gè)試驗(yàn)，都需要根據(jù)含水層厚度定制加工的麻煩，且節(jié)約大量成本和時(shí)間。只按照需要灌多少水，高度和面積壓力之間的關(guān)系，然后關(guān)閉水箱之間的開關(guān)，當(dāng)開采垮落以后，根據(jù)開關(guān)兩邊兩項(xiàng)壓力值大小，微調(diào)水箱，使其等壓時(shí)打開開關(guān)，模擬含水層透水或者移動(dòng)時(shí)，水源等壓補(bǔ)給，模擬開挖之后，水的厚度下降，代表著泄壓或者是透水時(shí)應(yīng)力變化情況。
[0082]水供應(yīng)裝置包括多個(gè)相同規(guī)格的水箱，水箱從上至下包括依次連通的上管體401、上箱體402、下管體403和下箱體404，上管體401的上端為管口，上管體401的上部為無刻度區(qū)，下部為有刻度區(qū)，下管體403的上部為有刻度區(qū)，下部為無刻度區(qū)，在有刻度區(qū)的管壁上設(shè)置有刻度；在水箱的底部設(shè)置有水箱出水口 405。
[0083]水箱由透明材料制成，上管體401和下管體403的橫截面為邊長(zhǎng)為80mm的正方形，上管體401的總高度為150mm，其中，上部的無刻度區(qū)高度為81.25mm，下部的有刻度區(qū)的高度為68.75mm，下管體403的總高度為1000mm，上部的有刻度區(qū)高度為900mm，下部的無刻度區(qū)高度為10mm ;上箱體402和下箱體404的橫截面為邊長(zhǎng)為250mm的正方形，上箱體402的高度為160mm，下箱體404的高度為10mm ;水箱的有刻度區(qū)的刻度值由上至下依次增大。下管體403和上管體401的截面積小，測(cè)量準(zhǔn)確，保證每次在測(cè)量水量時(shí)，水面都在下管體403內(nèi)，這也是這個(gè)水箱特殊設(shè)計(jì)的地方。
[0084]水箱為3個(gè)，水供應(yīng)裝置還包括接頭407和壓力表408，3個(gè)水箱的水箱出水口 405分別通過管路與壓力表408連接，接頭407的一端通過管路與壓力表408連接，另一端與第一個(gè)小水袋的入水口 7連接，在每個(gè)水箱和壓力表408之間的管路上設(shè)置有閥門406。
[0085]如圖7?圖1O所示，在煤層中設(shè)置有采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)，在支撐桿上運(yùn)行，采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)包括采煤模擬裝置和位于其后側(cè)的液壓支架模擬裝置，液壓支架模擬裝置包括水袋底板21、頂板22、應(yīng)力計(jì)量器、驅(qū)動(dòng)裝置和擋板23，其中，應(yīng)力計(jì)量器的頂部和底部分別與頂板22和水袋底板21連接，擋板23的上端與頂板22的后端相連，擋板23與頂板22之間的角度為鈍角，驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)液壓支架模擬裝置移動(dòng)；
[0086]應(yīng)力計(jì)量器為并排設(shè)置的兩個(gè)，應(yīng)力計(jì)量器包括第一殼體24和設(shè)置在其內(nèi)部的內(nèi)柱25，內(nèi)柱25可在第一殼體24內(nèi)自由上下滑動(dòng)，與外圍外殼滑動(dòng)摩擦，內(nèi)柱與外殼表面均十分光滑，摩擦力極小，不影響應(yīng)力測(cè)量；內(nèi)柱25的頂部與頂板22固定連接，在第一殼體24的底端連接有應(yīng)變膜26，并且應(yīng)變膜26覆蓋第一殼體24的底端，應(yīng)變膜26、第一殼體
24和內(nèi)柱25之間形成氣腔，在氣腔內(nèi)設(shè)置有氣囊27，氣囊27由塑膠膜密封而成，應(yīng)變膜26通過數(shù)據(jù)線28與應(yīng)變儀連接，應(yīng)變儀與計(jì)算機(jī)連接。根據(jù)上方氣腔壓強(qiáng)的大小產(chǎn)生相應(yīng)的形變，經(jīng)過數(shù)據(jù)線28傳輸?shù)綉?yīng)變儀上，最終連接到電腦，數(shù)據(jù)顯示并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)上；
[0087]第一殼體24的底端連接第二殼體29，第二殼體29的厚度小于第一殼體24的厚度，第二殼體29的底端連接支撐板30 ;
[0088]內(nèi)柱25、第一殼體24、第二殼體29均為圓柱形，數(shù)據(jù)線28的一端接頭設(shè)置在第一殼體24的底端上的應(yīng)變膜26上此設(shè)計(jì)是防止線頭自身重力影響應(yīng)變膜變形，從而保證測(cè)量精確度；第二殼體29上設(shè)置有通孔，數(shù)據(jù)線28的另一端從通孔中穿出，與應(yīng)變儀相連；在第二殼體29上均勻設(shè)置有多個(gè)透氣孔。
[0089]應(yīng)力計(jì)量器還包括高度調(diào)節(jié)裝置，高度調(diào)節(jié)裝置由螺紋連接的外螺旋桿31和內(nèi)螺旋桿32構(gòu)成，內(nèi)螺旋桿32的下端固定在水袋底板21上，外螺旋桿31的上端與支撐板30相連，在支撐板30的邊緣設(shè)置有卡槽33，外螺旋桿31的頂部固定有與卡槽33相配合的卡片34，卡片34設(shè)置在卡槽33內(nèi)，并可在卡槽33內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0090]頂板22與水平面之間的角度為5°，頂板22的后端高于前端，此設(shè)計(jì)是為了讓液壓支架模擬裝置能充分模擬支架隨著煤層開采移架的工序，夾角度數(shù)太小或者夾角為零，液壓支架頂板可能會(huì)碰到煤層頂板，無法推進(jìn)；夾角度數(shù)太大，則造成頂板承壓不平穩(wěn)，計(jì)量器所測(cè)壓力值與實(shí)際值有偏差。擋板23與頂板22之間的角度為150°，擋板角度和長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)，可以保證破碎砂石可以滑落到煤層底板，或者整塊砂石接觸到擋板上，隨著支架往前移動(dòng)，均不影響計(jì)量器測(cè)量。內(nèi)柱25的前端與頂板22的前端之間的距離為50mm，可以保證移動(dòng)支架時(shí)，采煤模擬裝置能在頂板之下，起到保護(hù)作用。擋板23的底端距離水袋底板21的后端之間的水平距離為15mm，可以保證支架內(nèi)部不會(huì)進(jìn)入砂石，影響使用。
[0091]在自由狀態(tài)下，內(nèi)柱25的頂端與第一殼體24的頂端之間的距離為7mm，高度差可以保證頂板22受到上方壓力時(shí)，頂板22可以隨著內(nèi)柱25 —起下沉，從而達(dá)到測(cè)量的目的，同時(shí)當(dāng)超過的下沉量時(shí)，此時(shí)，壓力值超過0.3Mpa，第一殼體24會(huì)阻止頂板22進(jìn)一步下降，保護(hù)應(yīng)變膜26不受大變形而破壞。
[0092]內(nèi)柱25的直徑為8mm，高度為15mm，第一殼體24的厚度為6mm，第二殼體29的厚度為2mm，外徑與第一殼體24的外徑一致，高度調(diào)節(jié)裝置的高度為15mm，水袋底板21的長(zhǎng)度為70mm，頂板22的長(zhǎng)度為70mm，擋板23的長(zhǎng)度為100mm，在水袋底板21的底部設(shè)置有輪體，輪體與驅(qū)動(dòng)裝置相連。
[0093]使用時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)煤層的實(shí)際模擬高度，旋轉(zhuǎn)高度調(diào)節(jié)外螺旋桿31，高度調(diào)節(jié)外螺旋桿31與高度調(diào)節(jié)內(nèi)螺旋桿32螺旋銜接，旋轉(zhuǎn)高度調(diào)節(jié)外螺旋桿31可以旋轉(zhuǎn)從而增加或降低液壓支架模擬裝置的高度。支撐板30、應(yīng)變膜26和第二殼體29之間形成的空間方便應(yīng)變膜26變形，四周有數(shù)個(gè)透氣孔，用于保持與外界聯(lián)通，保證為正常大氣壓壓強(qiáng)。
[0094]采煤機(jī)模擬裝置包括滾筒35、滾筒驅(qū)動(dòng)裝置、采煤機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其中，滾筒35分為左右對(duì)稱的兩部分，中間為齒輪螺紋36，與滾筒驅(qū)動(dòng)裝置37相連，在滾筒35上設(shè)置有螺旋葉片38，在螺旋葉片38的邊緣均勻設(shè)置有釘齒39，釘齒39具有銳利的尖部，且尖部方向向外設(shè)置，左右兩部分滾筒35上的螺旋葉片38的旋轉(zhuǎn)方向反向