[发明专利]一种三维模拟煤矿顶板破断的实验平台

权利要求书

1.一种三维模拟煤矿顶板破断的实验平台，其特征在于：包括顶板、顶板加压装置和煤层模拟控制装置，所述煤层模拟控制装置的上表面设置有煤层模型，所述煤层模拟控制装置控制所述煤层模型实现对煤炭开采过程中煤层上下波动状况的模拟，所述顶板加压装置包括下边界框、上边界框、施压组件和无顶透明罩，所述下边界框活动安装在所述煤层模拟控制装置的上表面，所述下边界框的上方为顶板放置区，所述下边界框用于将所述顶板支撑在所述煤层模型的上方；所述无顶透明罩罩设在所述上边界框的上方，所述无顶透明罩的底端外沿与所述上边界框的顶端外沿密封连接，所述上边界框设置在所述顶板的上方，所述上边界框的上方连接有所述施压组件，所述施压组件通过所述上边界框对所述顶板的上表面施压固定，所述顶板的上表面包覆有透明防水薄膜，所述上边界框对所述顶板的上表面施加有压力时，位于所述上边界框上方的所述无顶透明罩空间内用于注水，所述上边界框的上方安装有水压检测仪，用于监控所述无顶透明罩内注水压力的大小；位于所述顶板放置区的所述无顶透明罩的内壁上设置有声发射仪，所述声发射仪用于监测顶板断裂内部裂隙产生情况；

所述煤层模型的上表面、所述顶板的上表面、所述上边界框的上表面以及所述下边界框的上表面均设置有压力传感器；所述声发射仪、所述水压检测仪以及所述压力传感器均与一控制系统信号连接；

所述煤层模拟控制装置包括箱壳、所述煤层模型和煤层调控机构，所述煤层模型设置在所述箱壳的上表面，所述煤层调控机构设置在所述箱壳内部，所述煤层模型与所述煤层调控机构连接，所述煤层调控机构通过调控所述煤层模型的升降实现对煤炭开采过程中煤层上下波动状况的模拟；

所述煤层模型包括多个并排设置的煤层板，每个所述煤层板的下方均连接一个所述煤层调控机构，实现每个所述煤层板升降的独立控制；

所述煤层调控机构包括煤层托盘、升降丝杆、升降螺母和水平驱动杆，所述煤层托盘的上方连接所述煤层板，所述升降丝杆的顶端穿过所述升降螺母与所述煤层托盘的底端可拆卸连接，所述升降螺母通过一横向限位杆与所述箱壳的内壁固定连接；所述升降丝杆的底端连接有第一螺旋伞齿轮，所述水平驱动杆的一端连接有第二螺旋伞齿轮，所述第二螺旋伞齿轮用于与所述第一螺旋伞齿轮啮合连接，所述水平驱动杆的另一端设置有煤层升降旋钮，所述水平驱动杆设置有所述煤层升降旋钮的一端贯穿所述箱壳的侧壁并延伸至所述箱壳的外部，每个煤层板所对应的所述煤层升降旋钮在所述箱壳的外壁并排分布。

2.根据权利要求1所述的三维模拟煤矿顶板破断的实验平台，其特征在于：所述施压组件包括承压架，所述承压架的底端与所述上边界框的上表面焊接，所述承压架的外顶端面设置有指针式液压千斤顶，所述指针式液压千斤顶用于给所述上边界框加压，所述承压架的内顶端面朝下设置有高速照相机，所述高速照相机用于记录实验过程中顶板的破断形态。

3.根据权利要求2所述的三维模拟煤矿顶板破断的实验平台，其特征在于：所述指针式液压千斤顶上设置有油压监测仪，所述高速照相机的帧频为60帧/秒。

4.根据权利要求3所述的三维模拟煤矿顶板破断的实验平台，其特征在于：所述无顶透明罩的顶端可拆卸安装有高度限制板，所述高度限制板用于在所述指针式液压千斤顶加压时限制所述指针式液压千斤顶向上偏移。

5.根据权利要求1所述的三维模拟煤矿顶板破断的实验平台，其特征在于：所述顶板采用沙、石膏及石灰以相应的配比制成。

6.根据权利要求1所述的三维模拟煤矿顶板破断的实验平台，其特征在于：所述煤层板为亚克力粘结煤层板。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的三维模拟煤矿顶板破断的实验平台，其特征在于：所述声发射仪为AMSY-6声发射仪。