一種流固耦合相似模擬實驗平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地下采礦領(lǐng)域，特別涉及一種流固耦合相似模擬實驗平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]礦山開采向外部和深部擴展，對礦區(qū)水環(huán)境的影響愈來愈強烈，尤其在巖溶礦區(qū)，超量地疏排地下水，大范圍地降低地下水位標高，由淺表水漏失引起的環(huán)境問題更為突出，這不僅嚴重制約著礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用以及礦業(yè)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，也給礦山開采帶來了巨大的安全隱患。地下采煤引起的采礦破壞主要表現(xiàn)為地面沉降、地面裂縫、巖溶塌陷、淺表水漏失和水質(zhì)污染、滑坡和泥石流等，對于南方巖溶礦區(qū)，采煤引起的采礦破壞更為嚴重，巖溶洞破壞了巖層結(jié)構(gòu)的完整性，且常與淺表水資源形成水力聯(lián)系，對巖溶煤礦區(qū)的資源與環(huán)境協(xié)調(diào)開采因缺少理論支撐而顯得力不從心。
[0003]由于煤層開采后巖層移動具有不可見性，很難對巖層移動變形規(guī)律進行直接的觀察，而巖溶洞的存在使煤層上覆巖層的移動變形變的更加復(fù)雜。目前，研宄煤層開采過后的巖層移動變形規(guī)律的主要方法有數(shù)值模擬研宄和物理相似模擬實驗研宄。數(shù)值模擬研宄能夠再現(xiàn)巖層移動變形過程，然而由于數(shù)值模擬參數(shù)取值相對理想化，且存在嚴重的人為干擾因素，因此數(shù)值模擬實驗研宄不如物理相似模擬實驗有說服力。目前物理相似模擬實驗廣泛應(yīng)用于煤層開采上覆巖層的移動規(guī)律的研宄，且相似模擬實驗技術(shù)已日趨成熟。然而國內(nèi)多數(shù)相似模擬實驗平臺僅限于對上覆巖層移動規(guī)律的模擬，少有關(guān)于在采動作用下上覆巖土層、巖溶洞的滲透特征和水滲流演化規(guī)律的模擬。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、能夠模擬煤層在采動作用下上覆巖層的移動變形、滲透特征及滲流規(guī)律的流固耦合相似模擬實驗平臺。
[0005]本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是:一種流固耦合相似模擬實驗平臺，包括箱體頂板、箱體底板、前擋板、后擋板、左側(cè)向插板和右側(cè)向插板，所述箱體底板、前擋板、后擋板、左側(cè)向插板、右側(cè)向插板和箱體頂板形成實驗平臺的封閉式箱體結(jié)構(gòu)，所述箱體結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)有傳動桿，傳動桿位于箱體底板上方，傳動桿上方設(shè)有采動鋼板，采動鋼板與傳動桿活動連接，采動鋼板上鋪有煤層，煤層上設(shè)有模擬巖層，模擬巖層中設(shè)有數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，模擬巖層頂部蓋有承壓鋼板，承壓鋼板與箱體頂板之間設(shè)有液壓千斤頂。
[0006]上述流固耦合相似模擬實驗平臺中，所述箱體結(jié)構(gòu)還包括4根箱體邊柱，4根箱體邊柱布設(shè)在箱體底板的四個角上，箱體頂板安裝在4根箱體邊柱的頂端，所述4根箱體邊柱上均設(shè)有空槽，所述左側(cè)向插板和右側(cè)向插板分別插入左右兩側(cè)兩根箱體邊柱的空槽之間并用緊固螺栓固定，所述箱體頂板和箱體底板上設(shè)有卡槽，前擋板、后擋板的上下兩端分別卡設(shè)于箱體頂板和箱體底板的卡槽內(nèi)并用鎖緊螺母鎖緊。
[0007]上述流固耦合相似模擬實驗平臺中，所述空槽的寬度與左側(cè)向插板、右側(cè)向插板的厚度相匹配。
[0008]上述流固耦合相似模擬實驗平臺中，所述卡槽的寬度與前擋板、后擋板的厚度相匹配。
[0009]上述流固耦合相似模擬實驗平臺中，所述左側(cè)向插板和右側(cè)向插板中間均設(shè)有穿板孔洞。
[0010]上述流固耦合相似模擬實驗平臺中，所述數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)包括等間距埋設(shè)在模擬巖層中的壓力傳感器、應(yīng)變傳感器和孔隙水壓力傳感器。
[0011 ] 上述流固耦合相似模擬實驗平臺中，所述采動鋼板底部與傳動桿采用螺紋連接。
[0012]上述流固耦合相似模擬實驗平臺中，所述前擋板、后擋板均為有機玻璃。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:
1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、制作成本低，需要實驗時，將左右側(cè)向插板抽出，慢慢轉(zhuǎn)動傳動桿，傳動桿推動采動鋼板，將采動鋼板及采動鋼板上的煤層推出，隨著煤層的推出，上覆巖層懸露面積越來越大，在液壓千斤頂壓力作用下，上覆巖層發(fā)生彎曲下沉變形，直至破壞，研宄人員可以直接觀察并記錄在采動作用下上覆巖層移動變形情況以及水在巖層裂隙中滲透的情況，并分析煤層開采對地表水以及巖溶水滲流規(guī)律的影響；
2、本發(fā)明采用全封閉式箱體結(jié)構(gòu)，能夠更好地模擬現(xiàn)實中煤層地下開采的封閉式環(huán)境，從而能夠模擬煤層開采對地表水以及巖溶水的影響。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為圖1的側(cè)視圖。
[0016]圖3為圖1的俯視圖。
[0017]圖4為本發(fā)明箱體頂板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖5為本發(fā)明模擬工作面推進時的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明包括箱體頂板3、箱體底板4、前擋板5、后擋板6、左側(cè)向插板7-1、右側(cè)向插板7-2和4根箱體邊柱1，前擋板5、后擋板6均為有機玻璃，4根箱體邊柱I布設(shè)在箱體底板4的四個角上，箱體頂板3安裝在4根箱體邊柱I的頂端，所述4根箱體邊柱I上均設(shè)有空槽，空槽的寬度與左側(cè)向插板7-1、右側(cè)向插板7-2的厚度相匹配，所述左側(cè)向插板7-1和右側(cè)向插板7-2分別插入左右兩側(cè)兩根箱體邊柱I的空槽之間并用緊固螺栓2固定，左側(cè)向插板7-1和右側(cè)向插板7-2中間均設(shè)有穿板孔洞13，所述箱體頂板3和箱體底板4上設(shè)有卡槽14，卡槽14的寬度與前擋板5、后擋板6的厚度相匹配，前擋板5、后擋板6的上下兩端分別卡設(shè)于箱體頂板3和箱體底板4的卡槽14內(nèi)并用鎖緊螺母12鎖緊，所述箱體底板4、前擋板5、后擋板6、左側(cè)向插板7-1、右側(cè)向插板7-2和箱體頂板3形成實驗平臺的封閉式箱體結(jié)構(gòu)，所述箱體結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)有傳動桿11，傳動桿11位于箱體底板4上方，傳動桿11上方設(shè)有采動鋼板10，采動鋼板10與傳動桿11螺紋連接，采動鋼板10上鋪有煤層，煤層上設(shè)有模擬巖層，巖層模型中