[发明专利]煤层开采三维物理模拟实验装置及实验方法

权利要求书

1.一种煤层开采三维物理模拟实验装置，其特征在于：所述实验装置包括若干个电熔蜡装置（1）、电源（2）以及若干个开关（4），所述一个电熔蜡装置（1）和一个开关（4）串联后形成一条电熔蜡控制支路，若干条电熔蜡控制支路并联在电源（2）的两端。

2.根据权利要求1所述的煤层开采三维物理模拟实验装置，其特征在于：所述电熔蜡装置包括底座（5）、顶盖（7）以及电熔蜡组件，所述电熔蜡组件包括纸筒（9）、位于纸筒内的固化蜡以及位于固化蜡内的电阻丝（6），所述电熔蜡组件的一端与底座（5）固定连接，所述顶盖（7）盖合于电熔蜡组件的另一端，所述电阻丝（6）的两端分别连接有一条电线（3）。

3.根据权利要求2所述的煤层开采三维物理模拟实验装置，其特征在于：所述底座（5）和顶盖（7）为盆状结构，所述底座（5）和顶盖（7）的侧壁上设有电线孔（8），与所述电阻丝（6）连接的电线（3）通过所述电线孔（8）向电熔蜡装置（1）的外侧引出。

4.根据权利要求2所述的煤层开采三维物理模拟实验装置，其特征在于：所述电阻丝（6）为螺旋状电阻丝。

5.根据权利要求1所述的煤层开采三维物理模拟实验装置，其特征在于：所述顶盖（7）和底座（5）采用不导电耐高温材料制成。

6.一种煤层开采三维物理模拟实验方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

（1）将两根电线（3）分别与电阻丝（6）的两端连接，制作一个纸筒（9），纸筒（9）高度根据模拟煤层的开采厚度确定，用纸筒（9）围住电阻丝（6），并使上述两根电线（3）穿过所述纸筒（9），将蜡质材料融化灌入纸筒（9）内，凝固后与电阻丝（6）结合成一个柱体，然后将该柱体放置于底座（5）内并固定，将顶盖（7）盖合在该柱体上；

（2）将上述两根电线（3）分别穿过底座（5）和顶盖（7）上设置的电线孔（8）；

（3）在三维物理模拟实验台上堆筑底板模拟岩层，堆筑时在设定位置埋设压力和位移传感器并将传感器信号线引出模型以外；

（4）根据模拟要求，在预定的煤层开挖位置安装多个制作好的电熔蜡装置（1），将连接电熔蜡装置（1）的电线（3）延伸至模型以外；

（5）在预定不开挖的煤层位置继续堆筑模拟煤层，进而在模拟煤层和电熔蜡装置（1）的上面继续堆筑顶板模拟岩层，堆筑时在设定位置埋设压力和位移传感器；

（6）将上述所有的传感器信号线连接到压力和位移信号测量装置上；

（7）在连接电熔蜡装置（1）的电线（3）上设置开关（4），在开关（4）处于断开状态下将电线连接在电源（2）上；

（8）模型堆筑完成后养护一段之间后，根据模拟煤层的开挖顺序，依次将连接于电熔蜡装置（1）电线上的开关（4）闭合，电阻丝（6）通电后发热，熔化蜡质材料，顶盖（7）下降的高度即为煤层开采的厚度；

（9）在开挖过程中以及开挖后的设定时间段内，通过测量装置测记煤岩层内部压力和位移变化情况。

7.根据权利要求6所述的煤层开采三维物理模拟实验方法，其特征在于：在电熔蜡装置（1）安装完成后，在电熔蜡装置（1）安装范围的上面铺设一层薄纱布，防止模拟材料在实验过程中进入电熔蜡装置内部。

8.根据权利要求6所述的煤层开采三维物理模拟实验方法，其特征在于：所述电熔蜡装置的底座（5）下和顶盖（7）上也可埋设压力传感器，并将传感器信号线引出模型以外。