[发明专利]用于研究开采与地面沉陷关系的实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种地面沉陷研究的实验装置。

背景技术

地面沉陷是在人类工程经济活动影响下，由于地下松散地层固结压缩，导致地壳表面标高降低的一种局部的下降运动(或工程地质现象)。引起地面沉陷的一个重要因素就是固体矿产开采。矿山塌陷多分布在矿山的采空区，以采煤塌陷最为突出。中国有约20个省区发生采空塌陷，以黑龙江、山西、安徽、山东、河南等省最为严重。

由于煤矿开采造成的地面沉陷的现象已经影响到环境和生态，也影响到了沉陷区的居民住宅等生活活动。由于一般的煤矿的地质并不是均一的，地下条件相对相对，不能像研究实际的力学工件那样直接理想建模后进行力学分析。所以针对煤矿开采后的地面沉陷并不能仅仅通过常规的材料力学分析进行，必须通过相似模型进行验证，辅助仿真手段进行研究。

也正是由于以上原因，目前的关于煤矿开后的有的地区发生了较为严重的地面沉陷，有的地区发生不太严重的地面沉陷。而针对于不同深度每层开采的情况地面沉陷也不一样。由于深埋煤层的埋深较大，埋深较大的薄煤层开采对地面沉陷的影响较小。针对埋深较小的煤层开采对地面沉陷的影响却比较明显，还要依赖于实际的地质条件和煤层的采高，目前几乎没有针对于大采高浅埋煤层开采情况进行地面沉陷的研究，更没有一种针对大采高浅埋煤层研究的实验装置。

发明内容

本发明为了解决目前没有针对于大采高浅埋煤层开采与地面沉陷关系研究的实验装置。

用于研究开采与地面沉陷关系的实验装置，包括实验台、两条实验台滑轨和四个侧板；

所述的四个侧板围成一个长方体框架，四个侧板依次记为第一侧板至第四侧板；长方体框架设置在实验台上，在实验台上、长方体框架两侧分别设置实验台滑轨，每个实验台滑轨上分别设置一个第一滑块，每个第一滑块上分别设置第一滑杆，且第一滑杆垂直设置于第一滑块的上面；

两个第一滑块的侧面共同连接同步装置，同步装置连接第一驱动电机，第一驱动电机通过同步装置驱动两个第一滑块沿着实验台滑轨同步移动；

每个第一滑杆上分别设置一个第二滑块，第二滑块能够沿着第一滑杆移动，且能够通过紧固螺钉实现相对固定；

两个第二滑块分别连接第二滑竿的两端；第二滑竿上设有第三滑块，第三滑块朝向长方体框架的侧面上设置有滚动刀头驱动装置和滚动刀头，滚动刀头驱动装置驱动滚动刀头转动；

一个第二滑块上设置第二驱动电机，第二驱动电机连接丝杠的一端，能够驱动丝杠转动；丝杠的另一端通过转动轴连接到另一个第二滑块上，且能够相对转动；并且丝杠穿过第三滑块，丝杠与第三滑块螺纹配合；第二驱动电机通过驱动丝杠转动实现第三滑块沿着第二滑竿移动；

在第二侧板、第三侧板、第四侧板上，从上至下分别开有第一插槽和第二插槽，且第二侧板、第三侧板、第四侧板上的第一插槽位置对应，能够形成一条开采空隙；第二侧板、第三侧板、第四侧板上的第二插槽位置对应，能够形成一条开采空隙；第二侧板、第三侧板、第四侧板上的第一插槽内分别设有第一插槽插板；第二侧板、第三侧板、第四侧板上的第二插槽内分别设有第二插槽插板。

进一步地，第二侧板、第三侧板、第四侧板分别被第一插槽和第二插槽分成对应侧板的上板、中板、下板；上板、第一插槽、中板和第二插槽宽度比为(7～10)：(0.5～1)：(2～3)：(7～9)。

进一步地，上板、第一插槽、中板和第二插槽宽度比为10：0.5：2：7。

进一步地，所述的第一插槽插板在长度方向上的横断面为梯形，第二侧板、第三侧板、第四侧板上的第一插槽在长度方向上的横截面也为梯形，第一插槽与第一插槽插板横断面的梯形配合使用，且在第一插槽插板插入第一插槽内时，第一插槽插板横断面的梯形短边朝向四个侧板围成的长方体框架外侧，第一插槽插板横断面的梯形长边朝向四个侧板围成的长方体框架内侧；

第一插槽插板与第二插槽插板结构相同，第一插槽与第二插槽结构相同。

进一步地，所述的一种用于研究开采与地面沉陷关系的实验装置还包括一台测距仪，所述的测距仪设置在四个侧板围成的长方体框架上方；进行实验时，上位机通过测距仪测量四侧板内部的样品沉降位移变化。

进一步地，所述的测距仪为三维激光测距仪。

进一步地，所述的测距仪通过支架设置于四个侧板围成的长方体框架上方。

进一步地，所述的支架位于实验台上，且能够在实验台上移动。或者所述的支架通过滑道设置在实验台上，并能通过滑道在实验台上移动。