的水下采煤模擬裝置，其特征在于:所述水供應裝置包括多個相同規(guī)格的水箱，所述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)，所述上管體(401)的上端為管口，所述上管體(401)的上部為無刻度區(qū)，下部為有刻度區(qū)，所述下管體(403)的上部為有刻度區(qū)，下部為無刻度區(qū)，在所述有刻度區(qū)的管壁上設置有刻度；在所述水箱的底部設置有水箱出水口(405); 所述水箱由透明材料制成，所述水箱為3個，所述水供應裝置還包括接頭(407)和壓力表(408)，所述3個水箱的水箱出水口(405)分別通過管路與所述壓力表(408)連接，所述接頭(407)的一端通過管路與所述壓力表(408)連接，另一端與第一個所述小水袋的入水口(7)連接，在每個水箱和所述壓力表(408)之間的管路上設置有閥門(406)。6.根據(jù)權利要求5所述的可自動開采、壓力監(jiān)測的水下采煤模擬裝置，其特征在于:所述上管體(401)和所述下管體(403)的橫截面為邊長為80mm的正方形，所述上管體(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，所述下管體(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 ;所述上箱體(402)和下箱體(404)的橫截面為邊長為250mm的正方形，所述上箱體(402)的高度為160mm，所述下箱體(404)的高度為10mm ;所述水箱的有刻度區(qū)的刻度值由上至下依次增大。7.根據(jù)權利要求6所述的可自動開采、壓力監(jiān)測的水下采煤模擬裝置，其特征在于:所述應力計量器包括第一殼體(24)和設置在其內部的內柱(25)，所述內柱(25)可在所述第一殼體(24)內自由上下滑動，所述內柱(25)的頂部與所述頂板(22)固定連接，在所述第一殼體(24)的底端連接有應變膜(26)，并且所述應變膜(26)覆蓋所述第一殼體(24)的底端，所述應變膜(26)、所述第一殼體(24)和所述內柱(25)之間形成氣腔，在所述氣腔內設置有氣囊(27)，所述氣囊(27)由塑膠膜密封而成，所述應變膜(26)通過數(shù)據(jù)線(28)與應變儀連接，所述應變儀與計算機連接； 所述第一殼體(24)的底端連接第二殼體(29)，所述第二殼體(29)的厚度小于所述第一殼體(24)的厚度，所述第二殼體(29)的底端連接支撐板(30); 所述內柱(25)、所述第一殼體(24)、所述第二殼體(29)均為圓柱形，所述數(shù)據(jù)線(28)的一端接頭設置在所述第一殼體(24)的底端上的所述應變膜(26)上，所述第二殼體(29)上設置有通孔，所述數(shù)據(jù)線(28)的另一端從所述通孔中穿出，與所述應變儀相連；在所述第二殼體(29)上均勻設置有多個透氣孔。8.根據(jù)權利要求7所述的可自動開采、壓力監(jiān)測的水下采煤模擬裝置，其特征在于:所述應力計量器還包括高度調節(jié)裝置，所述高度調節(jié)裝置由螺紋連接的外螺旋桿(31)和內螺旋桿(32)構成，所述內螺旋桿(32)的下端固定在所述底板(21)上，所述外螺旋桿(31)的上端與所述支撐板(30)相連，在所述支撐板(30)的邊緣設置有卡槽(33)，所述外螺旋桿(31)的頂部固定有與所述卡槽(33)相配合的卡片(34)，所述卡片(34)設置在所述卡槽(33)內，并可在所述卡槽(33)內自由轉動； 所述頂板(22)與水平面之間的角度為5°，所述頂板(22)的后端高于前端，所述擋板(23)與所述頂板(22)之間的角度為150°，所述內柱(25)的前端與所述頂板(22)的前端之間的距離為50mm，所述擋板(23)的底端距離所述底板(21)的后端之間的水平距離為15mm ； 在自由狀態(tài)下，所述內柱(25)的頂端與所述第一殼體(24)的頂端之間的距離為7_，所述內柱(25)的直徑為8mm，高度為15mm，所述第一殼體(24)的厚度為6mm，所述第二殼體(29)的厚度為2mm，外徑與所述第一殼體(24)的外徑一致，所述高度調節(jié)裝置的高度為15_，所述底板(21)的長度為70_，所述頂板(22)的長度為70_，所述擋板(23)的長度為100mm，在所述底板(21)的底部設置有輪體，所述輪體與所述驅動裝置相連。9.根據(jù)權利要求8所述的可自動開采、壓力監(jiān)測的水下采煤模擬裝置，其特征在于:所述采煤機模擬裝置包括滾筒(35)、滾筒驅動裝置、采煤機驅動裝置，其中，所述滾筒(35)分為左右對稱的兩部分，中間為齒輪螺紋(36)，與所述滾筒驅動裝置(37)相連，在所述滾筒(35)上設置有螺旋葉片(38)，在所述螺旋葉片(38)的邊緣均勻設置有釘齒(39)，所述釘齒(39)具有銳利的尖部，且尖部方向向外設置，左右兩部分滾筒(35)上的螺旋葉片(38)的旋轉方向反向設置，即相對于所述齒輪螺紋(36)對稱設置； 在所述滾筒(35)上均勻設置有多個煤刷(40)，所述煤刷(40)的長度同所述螺旋葉片(38)的高度長2mm ;所述采煤機模擬裝置還包括輪體，所述輪體與所述采煤機驅動裝置相連。10.根據(jù)權利要求1?9中任一項所述的可自動開采、壓力監(jiān)測的水下采煤模擬裝置的使用方法，其特征在于:包括所述承壓含水層的準備和采煤支護模擬系統(tǒng)的準備； 所述承壓含水層的準備包括如下步驟: ①準備好試驗工具、材料，必要的儀器設備； ②第一次使用水箱時，需要進行水管空氣排放過程，過程為:關閉水供應裝置中第一個水箱的閥門，向水箱中注入干凈水源，加水過程要平穩(wěn)，水加到下箱體即將注滿時停止，打開水箱閥門，水箱中的水會在壓力下從水管流出，從而將初次使用的水箱水管中空氣排出，然后關閉閥門；然后按照上述方法依次向第二個水箱和第三個水箱加水并進行排放空氣過程；水箱加水之后，要拿干凈的木板蓋住水箱口 ； ③按照相似原理，分層鋪設需要模擬的煤巖層，要保證鋪設的煤巖層層面平直，在需要監(jiān)測應力的巖層鋪設應變片，將應變片數(shù)據(jù)線都引向一側，從相似模擬裝置兩側圓孔中穿出，同時安裝側護板，鋪設到承壓含水層時暫停，開始鋪設小水袋； ④鋪設承壓含水層:將小水袋構成的承壓含水層鋪于巖層上，保證連接緊密，鋪設緊湊、平直，將水流量傳感器數(shù)據(jù)線都引向一側； ⑤小水袋構成的承壓含水層鋪于巖層上之后，需要向進行排放空氣過程后的水箱內加水，并要根據(jù)含水層實際的厚度向小水袋充水到模擬厚度，水箱加水之后，要拿干凈的木板蓋住水箱口，加水量及小水袋的充水方法如下: 當實際含水層厚度小于2m時，按照相似比100:1計算，小水袋需要達到的厚度小于20mm，則小水袋中總共需要的水量小于16200ml，使用一個水箱加水，方法為:將蓋在水箱口的干凈木板拿掉，對第一個水箱加水到剛好零刻度位置時，升高水箱位置，打開水箱閥門，利用水的自身重力，將水注入到小水袋中，最后刻度顯示水箱注入的水的流量之和為810a ml時關閉閥門，a為含水層模擬高度，a = h/100，單位為mm，h為含水層實際高度，刻度值從下管體的有刻度區(qū)中讀出； 當實際含水層厚度小于4m大于2m時，使用兩個水箱，方法為:將蓋在水箱口的干凈木板拿掉，對第一個水箱和第二個水箱加水到剛好零刻度位置時，升高水箱位置，打開第一個水箱的閥門，利用水的自身重力，將水注入到小水袋中，水面下降到下管體有刻度區(qū)最后刻度時關閉第一個水箱的閥門，再打開第二個水箱的閥門，利用水的自身重力，將水注入到小水袋中，最后刻度顯示水箱注入的水的流量之和為(810a-16200)ml時關閉第二個水箱的閥門，刻度值從下管體的有刻度區(qū)中讀出； 當實際含水層厚度小于6m大于4m時，3個水箱水量剛好可以滿足，方法為:將蓋在水箱口的干凈木板拿掉，對三個水箱分別加水到剛好零刻度位置，升高水箱位置，打開第一個水箱的閥門，利用水的自身重力，將水注入到小水袋中，水面下降到下管體有刻度區(qū)最后刻度時關閉第一個水箱的閥門；再打開第二水箱的閥門，利用水的自身重力，將水注入到小水袋中，水面下降到下管體有刻度區(qū)的最后刻度時關閉第二個水箱的閥門；再打開第三個水箱的閥門，利用水的自身重力，將水注入到小水袋中，當最后刻度顯示水箱注入的水的流量之和為(810a-32400)ml時關閉第三個水箱的閥門，刻度值從下管體的有刻度區(qū)中讀出； ⑥對小水袋充完水之后，在承壓含水層上方水平壓一塊槽鋼或鐵板，持續(xù)3-5分鐘，各個小水袋會逐步調整水量，直到各個高度一致；按照步驟②鋪設方法，在承壓含水層上方水平鋪設上覆巖層； ⑦風干、養(yǎng)護模型一周，期間將相似模擬裝置的部分側護板卸下； ⑧補償缺少的載荷，通過杠桿或者配重鐵塊，加于上覆巖層層面之上以補償缺失的載荷； ⑨按照實際開采情況，進行相似比逐步開挖煤層，通過水流量傳感器及鋪在巖層中的應力傳感器，在煤層開挖過程中，對承壓含水層載荷傳遞規(guī)律、含水層移動變形規(guī)律及含水層內部隨著工作面的推進水壓補給規(guī)律及其流動規(guī)律的相似模擬； 所述采煤支護模擬系統(tǒng)的準備包括如下步驟: (A)準備好實驗工具、材料和儀器設備； (B)按照相似原理，分層鋪設需要模擬的煤巖層，要保證鋪設的煤巖層層面平直，在需要監(jiān)測應力的巖層鋪設應變片，將所述應變片的數(shù)據(jù)線都引向一側，從相似模擬裝置兩側圓孔中穿出，同時安裝側護板； (C)風干、養(yǎng)護模型一周，期間將相似模擬裝置的部分側護板和煤層對應的兩側側護板卸下； (D)補償缺少的載荷，通過杠桿或者配重鐵塊，加于上覆巖層層面之上以補償缺失的載 荷； (E)在相似模擬裝置上安裝支撐架，所述支撐架與煤層底板平行，設置在所述煤層的兩側，兩側支撐架距離所述采煤支護模擬系統(tǒng)各15mm ; (F)人工開挖一個130mm長的切眼，安裝整套裝置，調整螺旋桿高度，使頂板液壓支架模擬裝置頂板與煤層頂板接觸，根據(jù)煤礦實際開采速度，移架距離確定裝置參數(shù)，連接數(shù)據(jù)線，接通電源，開挖模型； (G)開挖過程中，對頂板壓力和頂板離層數(shù)據(jù)進行監(jiān)測、儲存并對結果進行最后分析。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可自動開采、壓力監(jiān)測的水下采煤模擬裝置，包括架體、設置在所述架體上的承壓含水層(41)、煤層(42)、設置在所述煤層(42)兩側的支撐桿、以及其他巖層；所述承壓含水層由多個小水袋連接而成；在所述煤層中設置有采煤支護模擬系統(tǒng)，在所述支撐桿上運行，所述采煤支護模擬系統(tǒng)包括采煤模擬裝置和位于其后側的液壓支架模擬裝置。本發(fā)明可自動開采、壓力監(jiān)測的水下采煤模擬裝置提高了相似模擬實驗仿真度，確保實驗數(shù)據(jù)科學可靠，可實現(xiàn)承壓水下自動采煤和壓力監(jiān)測。
【IPC分類】E21C25/06, G09B25/02
【公開號】CN105206172
【申請?zhí)枴緾N201510756627
【發(fā)明人】何濤, 葉霄
【申請人】安徽理工大學
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年11月5日