[发明专利]一种相似材料煤层开采模拟试验台及试验方法

权利要求书

1.一种相似材料煤层开采模拟试验台，其特征在于：包括矩形的栅格底板(6)、设置在栅格底板(6)底部的升降式支撑机构和通过升降式连接组件可升降连接在栅格底板(6)上多个栅格位置处的多块圆角矩形的托板(19)，以及可拆卸连接在栅格底板(6)上长边两侧边沿处的多层长边围护板(7)和可拆卸连接在栅格底板(6)上短边两侧边沿处的多层短边围护板(8)，每层所述长边围护板(7)和短边围护板(8)中相邻的两个长边围护板(7)和短边围护板(8)固定连接，多块托板(19)位于由多层长边围护板(7)和多层短边围护板(8)围成的立方体空腔内底部；所述升降式连接组件包括分别设置在托板(19)四角下部的四组托板四角升降组件(31)和设置在托板(19)中心下部的托板中心升降组件(1)，所述托板四角升降组件(31)包括下部穿到栅格底板(6)底部的托板四角升降柱(20)、连接在托板四角升降柱(20)顶部的托板四角球铰接头和套装在托板四角升降柱(20)下部且位于栅格底板(6)底部的托板四角升降柱套筒(21)，所述托板四角升降柱套筒(21)上连接有用于固定托板四角升降柱(20)在托板四角升降柱套筒(21)内的位置的托板四角升降柱紧固螺栓(22)；所述托板中心升降组件(1)包括螺纹连接在栅格底板(6)上的托板中心升降螺杆(28)、连接在托板中心升降螺杆(28)顶部的托板中心球铰接头和连接在托板中心升降螺杆(28)底部的托板中心升降旋钮(29)；所述栅格底板(6)上设置有供托板四角升降柱(20)穿过的托板四角升降柱插孔(17)和用于螺纹连接中心升降螺杆(28)的螺纹孔(18)。

2.按照权利要求1所述的一种相似材料煤层开采模拟试验台，其特征在于：所述升降式支撑机构包括分别布设在栅格底板(6)四个角正下方的四个液压缸(2)和围成矩形的用于固定连接四个液压缸(2)的四根液压缸连接杆(5)，所述栅格底板(6)四个角的底部均设置有套装在液压缸(2)的活塞杆上的活塞杆套筒(4)。

3.按照权利要求1所述的一种相似材料煤层开采模拟试验台，其特征在于：所述长边围护板(7)的底部设置有长边围护板插头(30)，所述栅格底板(6)上长边两侧边沿处均设置有供长边围护板插头(30)插入的栅格底板长边围护板插孔(9)，所述长边围护板(7)的顶部设置有供长边围护板插头(30)插入的围护板长边围护板插孔(3)；所述短边围护板(8)的底部设置有短边围护板插头(12)，所述栅格底板(6)上短边两侧边沿处均设置有供短边围护板插头(12)插入的栅格底板短边围护板插孔(13)，所述短边围护板(8)的顶部设置有供短边围护板插头(12)插入的围护板短边围护板插孔(14)。

4.按照权利要求1所述的一种相似材料煤层开采模拟试验台，其特征在于：每层所述长边围护板(7)和短边围护板(8)中相邻的两个长边围护板(7)和短边围护板(8)通过围护板紧固螺栓(11)固定连接。

5.按照权利要求1所述的一种相似材料煤层开采模拟试验台，其特征在于：所述长边围护板(7)的外侧面上设置有长边围护板抠手(10)，所述短边围护板(8)的外侧面上设置有短边围护板抠手(15)。

6.按照权利要求1所述的一种相似材料煤层开采模拟试验台，其特征在于：所述托板四角球铰接头和托板中心球铰接头的结构相同且均包括球铰接上外壳(26)和通过球铰接螺栓(27)与球铰接上外壳(26)连接的球铰接下外壳(25)，以及连接在由球铰接上外壳(26)和球铰接下外壳(25)围成的球形空腔内的铰接球(24)，所述球铰接上外壳(26)和球铰接下外壳(25)围成的球形空腔内设置有滚珠(16)。

7.按照权利要求1所述的一种相似材料煤层开采模拟试验台，其特征在于：所述托板四角升降柱(20)和托板中心升降螺杆(28)上均设置有刻度(23)。

8.一种利用如权利要求1所述的模拟试验台进行相似材料煤层开采模拟试验的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、组装模拟试验台：在升降式支撑机构上连接栅格底板(6)，在栅格底板(6)上多个栅格位置处通过升降式连接组件连接多块托板(19)，并在栅格底板(6)上长边两侧边沿处连接一层长边围护板(7)，在栅格底板(6)上短边两侧边沿处连接一层短边围护板(8)，且固定连接相邻的两个长边围护板(7)和短边围护板(8)；

步骤二、铺装相似模拟材料：在多块托板(19)顶部逐层铺装相似模拟材料，并在逐层铺装相似模拟材料的同时，逐层加装长边围护板(7)和短边围护板(8)，直至铺装的相似模拟材料的高度达到设计高度为止；

步骤三、模拟煤层开采：待步骤二中铺装的相似模拟材料干燥3～10天后，按照从左到右或从右到左的顺序，通过调节升降式连接组件调节多块托板(19)的高度和倾角，使多块托板(19)的高度按顺序降低，模拟煤矿井下工作面向前推进的煤层开采过程；托板(19)的高度降低后，与相似模拟材料之间形成了空隙，模拟煤矿井下煤层开采的采空区；随着多块托板(19)顺序被降低，相似模拟材料的悬露面积越来越大，各层相似模拟材料在自身重力和上层相似模拟材料压力的作用下依次向下发生挠曲、变形、破断、垮落，同时，各层相似模拟材料内也发育着不规则的裂缝，相似模拟材料的表面也发生了移动变形；

步骤四、现象观测：模拟煤层开采结束后，打开需观测位置的长边围护板(7)或短边围护板(8)，观测相似模拟材料表面的移动变形情况和裂缝发育情况。