[发明专利]一种三维固液耦合相似模拟的煤层开挖装置及方法

权利要求书

1.一种三维固液耦合相似模拟的煤层开挖模拟装置，其特征在于，包括箱体(1)、水袋(2)、导水软管(3)；所述箱体内部自上而下分为上地层(101)、模拟煤层(102)、下地层(103)；所述上地层(101)和下地层(103)铺设有相似材料，用于模拟实际地层；所述模拟煤层(102)均匀铺设至少一个所述水袋(2)，所述水袋(2)的出水口与所述导水软管(3)一端相连，所述导水软管(3)另一端从所述箱体(1)穿出；

所述导水软管(3)另一端与衔接管(4)相连，所述衔接管(4)上安装有监测设备(5)；所述监测设备(5)用于监测水流速度；

所述衔接管(4)上还安装有流量控制开关(6)，用于控制水流速度；

所述水袋(2)、监测设备(5)、流量控制开关(6)的数量相同；

通过监测设备(5)和流量控制开关(6)观察和控制不同水袋(2)的水流速度，实现依次对不同水袋(2)的进行控制；

所述水袋(2)为长方体结构，水袋(2)的规格按照相似比例由实际采煤工作面的长度、月循环进尺和煤层的厚度决定，水袋(2)的数量由实际工作面推进长度和月循环进尺决定；

所述监测设备(5)内置有流量传感器，实时获取液体流速，并将流速数据传输给外部数据接收器；

所述箱体内部四周设置有模拟煤柱(104)，用于模拟实际采煤过程中留存的起保护作用的煤柱；

所述模拟煤柱(104)紧贴箱体(1)的各侧面板铺设。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述箱体(1)包括前面板、后面板、左面板、右面板，所述前面板、后面板、左面板、右面板中至少一个采用玻璃钢材质。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述箱体(1)还包括底面板，各面板组成长方体，且各面板连接处通过密封条进行密封。

4.一种利用权利要求1-3任一项所述的装置进行三维固液耦合相似模拟的煤层开挖方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、按照相似比例安装箱体(1)；在箱体(1)内部四周均匀铺设相似材料模拟煤柱(104)；

步骤S2、选取相似材料铺设下地层(103)，且保持铺设的地层平直；

步骤S3、将储满水的水袋(2)均匀铺设在下地层(103)的上方，用于模拟煤层(102)，并使导水软管(3)通过箱体(1)上的孔洞穿出；

步骤S4、将导水软管(3)穿出箱体(1)的一端连接至衔接管(4)；并将衔接管(4)、监测设备(5)和流量控制开关(6)连接好，保持流量控制开关(6)关闭；

步骤S5、依照相似原理，在水袋(2)上方铺设相似材料，模拟上地层(101)；

步骤S6、根据煤层开挖顺序，利用流量控制开关(6)依次将水袋(2)中的水放出，同时观测监测设备(5)，利用流量控制开关(6)控制流量，以模拟不同的煤层开挖速度。