[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

说明书

本发明涉及一种三维固液耦合相似模拟的煤层开挖装置及方法，属于固液耦合相似模拟技术领域，解决了现有模拟煤层开挖方法中煤层开挖不准确、不完全、操作复杂或者模拟装置体积大及成本高的技术问题。包括箱体、水袋、导水软管；所述箱体内部自上而下分为上地层、模拟煤层、下地层；所述上地层和下地层铺设有相似材料，用于模拟实际地层；所述模拟煤层均匀铺设至少一个所述水袋，所述水袋的出水口与所述导水软管一端相连，所述导水软管另一端从所述箱体穿出。该模拟装置及方法模拟煤层开挖过程便捷安全、经济合理，同时能够保证实验结果准确可靠。

技术领域

本发明涉及固液耦合相似模拟实验技术领域，尤其涉及一种三维固液耦合相似模拟的煤层开挖装置及方法。

背景技术

三维固液耦合相似模拟实验是通过在实验箱体中按比例铺设相似材料，对实际地层结构进行仿真模拟，所得结果具有研究价值。

在三维固液耦合相似模拟的煤层开挖实验中，煤层开挖是整个实验的关键所在。现有方法中，一种煤层开挖方法是通过装置人为对煤层进行开挖，但是这种方法存在煤层开挖不准确、不完全以及操作复杂的问题。

还有一种煤层开挖方法是利用液压装置模拟煤层开挖，将液压装置放置在三维模型中。当模拟煤层时，将液压装置升压；当模拟煤层开挖时，逐步将液压装置卸压。但是这种模拟煤层开挖的方法存在装置、操作复杂，体积大及成本高等问题。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种三维固液耦合相似模拟的煤层开挖装置及方法，用以解决现有模拟煤层开挖方法中煤层开挖不准确、不完全、操作复杂或者模拟装置体积大及成本高的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，提供了一种三维固液耦合相似模拟的煤层开挖装置，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。

本发明有益效果如下：该装置通过使用特质水袋仿真煤层开挖过程，操作简单、便捷安全、经济合理，又能保证实验结果准确可靠。

在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

进一步，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。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过监测设备实时观测水袋流出的水流流量，从而实时获取模拟的煤层开挖速度信息；同时监测设备设置在实验箱体外部，便于实验人员查看。

进一步，所述衔接管上还安装有流量控制开关(6)，用于控制水流速度。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过流量控制开关调节水流速度，进而模拟不同的煤层开挖速度，操作便捷，可控性强，提高了试验准确性；同时流量控制开关设置在实验箱体外部，便于安装和控制。

进一步，所述水袋(2)、监测设备(5)、流量控制开关(6)的数量相同。

采用上述进一步方案的有益效果是：根据需要模拟的煤层开挖顺序，通过监测设备、流量控制开关观察和控制不同水袋的水流速度，进行模拟。

进一步，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。

采用上述进一步方案的有益效果是：水袋采用长方体结构可以节约空间，方便水袋铺满模拟煤层。