煤層開采三維物理模擬實驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及借助于測定材料的化學或物理性質來測試或分析材料技術領域，尤其涉及一種煤層開采三維物理模擬實驗裝置。
【背景技術】
[0002]物理模擬實驗是研宄采煤活動中煤巖層移動和礦壓顯現規律的常用方法，可分為二維(平面)物理模擬實驗和三維物理模擬實驗兩類。其中三維物理模擬實驗得到的是三維空間的實驗結果，因而更加全面和可信。
[0003]在三維物理模擬實驗中，模擬煤層的開挖是整個實驗的難點之一。有的解決方法是在三維物理實驗臺下設置地下操作空間，實驗臺的底板由多塊可拆裝的活動板構成。在堆筑模型時，最下一層即為預開采額模擬煤層。開挖時，操作人員進入地下操作空間，卸下預開挖位置的活動板開挖，開挖完成后再裝上活動板。此種開挖的缺點是操作不便利而且較為復雜，沒有考慮底板巖層對整個開采活動的影響，模擬結果不夠準確和全面。
[0004]也有的解決方法是在堆筑和養護完成的模型上先開一個小洞，然后在小洞里伸入器械對模型內部進行開挖。這種方式難以做到開挖的準確，或者即使做到開挖的準確也會因裝置的過于復雜和造價太高而難以實施。
[0005]還有的采用液壓裝置進行開挖的模擬，堆筑模型時，在模擬煤層處用已充入相當液體并保持壓力的多個液壓裝置占據開挖煤層的空間。模擬開挖時，依照開采順序將液壓裝置內的液體放出，液壓裝置整體高度降低，完成開挖模擬。受物理模擬實驗臺尺寸和工程量的限制，模型是不能做得太大的。因此煤層的厚度一般較小。在模擬實驗中，液壓裝置的尺寸受到很大的限制。液壓裝置的尺寸小，則加工難度比較大，各部件的連接精度要求較高。三維物理模擬實驗的堆筑、養護、開挖、觀測等過程持續時間較長，液壓裝置內部在液體放出前的較長時間里要保持相當高的壓力，增加了滲漏的風險，可靠性降低。另外，液壓管路為中空結構，既要保證材料的強度，又要保證管路有相當的壁厚。這樣，相對較粗的液壓管路從模型中穿過，對模型造成了較大影響。
[0006]可見，已有的在三維物理模擬實驗中實現煤層開采的裝置和方法存在著一些不足。尋求可靠性強、操作簡單且造價低廉的煤層開采裝置和方法具有重要意義。
【實用新型內容】
[0007]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種煤層開采三維物理模擬實驗裝置，通過使用所述實驗裝置完成煤層開采三維物理模擬實驗，具有操作簡單、造價低廉、系統可靠性強，實驗結果更準確的特點。
[0008]為解決上述技術問題，本實用新型所采取的技術方案是:一種煤層開采三維物理模擬實驗裝置，其特征在于:所述實驗裝置包括若干個電熔蠟裝置、電源以及若干個開關，所述一個電熔蠟裝置和一個開關串聯后形成一條電熔蠟控制支路，若干條電熔蠟控制支路并聯在電源的兩端。
[0009]進一步的技術方案在于:所述電熔蠟裝置包括底座、頂蓋以及電熔蠟組件，所述電熔蠟組件包括紙筒、位于紙筒內的固化蠟以及位于固化蠟內的電阻絲，所述電熔蠟組件的一端與底座固定連接，所述頂蓋蓋合于電熔蠟組件的另一端，所述電阻絲的兩端分別連接有一條電線。
[0010]進一步的技術方案在于:所述底座和頂蓋為盆狀結構，所述底座和頂蓋的側壁上設有電線孔，與所述電阻絲連接的電線通過所述電線孔向電熔蠟裝置的外側引出。
[0011]進一步的技術方案在于:所述電阻絲為螺旋狀電阻絲。
[0012]進一步的技術方案在于:所述頂蓋和底座采用不導電耐高溫材料制成。
[0013]采用上述技術方案所產生的有益效果在于:通過使用所述實驗裝置完成煤層開采三維物理模擬實驗，具有操作簡單、造價低廉、系統可靠性強的特點，穿過模型的電線對實驗產生的影響也比較輕微，從而實驗結果更準確。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型所述實驗裝置的原理框圖；
[0015]圖2是圖1中電熔蠟裝置的結構示意圖；
[0016]其中:1、電熔蠟裝置2、電源3、電線4、開關5、底座6、電阻絲7、頂蓋8、電線孔9、紙筒。
【具體實施方式】
[0017]下面結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0018]在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本實用新型，但是本實用新型還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本實用新型內涵的情況下做類似推廣，因此本實用新型不受下面公開的具體實施例的限制。
[0019]如圖1所示，本實用新型公開了一種煤層開采三維物理模擬實驗裝置，所述實驗裝置包括若干個電熔蠟裝置1、電源2以及若干個開關4。所述一個電熔蠟裝置I和一個開關4串聯后形成一條電熔蠟控制支路，若干條電熔蠟控制支路并聯在電源2的兩端。
[0020]如圖2所示，所述電熔蠟裝置包括底座5、頂蓋7以及電熔蠟組件，所述電熔蠟組件包括紙筒9、位于紙筒內的固化蠟以及位于固化蠟內的電阻絲6。所述電熔蠟組件的一端與底座5固定連接，所述頂蓋7蓋合于電熔蠟組件的另一端，所述電阻絲6的兩端分別連接有一條電線3。進一步的，所述底座5和頂蓋7為盆狀結構，所述底座5和頂蓋7的側壁上設有電線孔8，與所述電阻絲6連接的電線3通過所述電線孔8向電熔蠟裝置I的外側引出。
[0021]通過所述實驗裝置進行煤層開采三維物理模擬實驗的方法包括如下步驟:
[0022](I)將兩根電線3分別與電阻絲6的兩端連接，制作一個紙筒9，紙筒9高度根據模擬煤層的開采厚度確定，用紙筒9圍住電阻絲6，并使上述兩根電線3穿過所述紙筒9，將蠟質材料融化灌入紙筒9內，凝固后與電阻絲6結合成一個柱體，然后將該柱體放置于底座5內并固定，將頂蓋7蓋合在該柱體上；
[0023](2)將上述兩根電線3分別穿過底座5和頂蓋7上設置的電線孔8 ;
[0024](3)在三維物理模擬實驗臺上堆筑底板模擬巖層，堆筑時在設定位置埋設壓力和位移傳感器并將傳感器信號線引出模型以外；
[0025](4)根據模擬問題的要求，在預定的煤層開挖位置安裝多個制作好的電熔蠟裝置I，將連接電熔蠟裝置I的電線3延伸至模型以外；
[0026](5)在電熔蠟裝置I安裝范圍的上面鋪設一層薄紗布，防止模擬材料在實驗過程中進入裝置內部；
[0027]( 6 )在預定不開挖的煤層位置繼續堆筑模擬煤層，進而在模擬煤層和電熔蠟裝置I上面的薄紗布上繼續堆筑頂板模擬巖層。堆筑時在設定位置埋設壓力和位移傳感器，電熔蠟裝置I的底座5下和頂蓋7上也可埋設壓力傳感器，并將傳感器信號線要引出模型以外；
[0028](7)將傳感器信號線連接到壓力和位移信號測量裝置上；
[0029](8)在連接電熔蠟裝置I的電線3上設置開關4，在開關4處于斷開狀態下將電線3連接在電源2上；
[0030](9 )模型堆筑完成后養護一段之間后，根據模擬煤層的開挖順序，依次將連接電熔蠟裝置I的電線3上的開關4閉合。電阻絲6通電后發熱，熔化蠟質材料，頂蓋7下降的高度即為煤層開采的厚度；
[0031](10)在開挖過程中以及開挖后的設定時間段內，測記煤巖層內部壓力和位移變化情況。
[0032]電線3應比較柔軟并可抵抗一定的拉伸變形，鋪設電線3時也應預設彎曲位置，以消除模擬巖層運動對電線3的拉伸作用。所述的電阻絲6可采用螺旋形狀，有少許的彈性以適應不同的紙筒9高度。紙筒9高度根據模擬煤層的開采厚度確定:頂蓋7的頂板厚度加上底座5的底板厚度加上紙筒9高度，就是制作好的電熔蠟裝置I的高度。實際操作時紙筒9高度可以稍高一些，以便于修剪調整。所述的頂蓋7和底座5用不導電耐高溫材料制成。如頂蓋7和底座5用導電材料制成，需采取措施不使頂蓋7和底座5直接接觸，各個電熔蠟裝置I也需避免直接接觸。
[0033]通過使用所述實驗裝置完成煤層開采三維物理模擬實驗，具有操作簡單、造價低廉、系統可靠性強的特點，穿過模型的電線對實驗產生的影響也比較輕微，從而實驗結果更準確。
【主權項】
1.一種煤層開采三維物理模擬實驗裝置，其特征在于:所述實驗裝置包括若干個電熔蠟裝置(I)、電源(2 )以及若干個開關(4 )，所述一個電熔蠟裝置(I)和一個開關(4 )串聯后形成一條電熔蠟控制支路，若干條電熔蠟控制支路并聯在電源(2)的兩端。
2.根據權利要求1所述的煤層開采三維物理模擬實驗裝置，其特征在于:所述電熔蠟裝置包括底座(5)、頂蓋(7)以及電熔蠟組件，所述電熔蠟組件包括紙筒(9)、位于紙筒內的固化蠟以及位于固化蠟內的電阻絲(6)，所述電熔蠟組件的一端與底座(5)固定連接，所述頂蓋(7)蓋合于電熔蠟組件的另一端，所述電阻絲(6)的兩端分別連接有一條電線(3)。
3.根據權利要求2所述的煤層開采三維物理模擬實驗裝置，其特征在于:所述底座(5)和頂蓋(7)為盆狀結構，所述底座(5)和頂蓋(7)的側壁上設有電線孔(8)，與所述電阻絲(6 )連接的電線(3 )通過所述電線孔(8 )向電熔蠟裝置(I)的外側引出。
4.根據權利要求2所述的煤層開采三維物理模擬實驗裝置，其特征在于:所述電阻絲(6)為螺旋狀電阻絲。
5.根據權利要求2所述的煤層開采三維物理模擬實驗裝置，其特征在于:所述頂蓋(7)和底座(5)采用不導電耐高溫材料制成。
【專利摘要】本實用新型公開了一種煤層開采三維物理模擬實驗裝置，涉及借助于測定材料的化學或物理性質來測試或分析材料技術領域。所述實驗裝置包括若干個電熔蠟裝置、電源以及若干個開關，所述一個電熔蠟裝置和一個開關串聯后形成一條電熔蠟控制支路，若干條電熔蠟控制支路并聯在電源的兩端。通過使用所述實驗裝置完成煤層開采三維物理模擬實驗，具有操作簡單、造價低廉、系統可靠性強的特點，穿過模型的電線對實驗產生的影響也比較輕微，從而實驗結果更準確。
【IPC分類】G01N33-24
【公開號】CN204536318
【申請號】CN201520068603
【發明人】劉建功, 海龍, 高會春, 曾瑞萍
【申請人】河北煤炭科學研究院
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年1月30日