[發明專利]一種相似模擬實驗的模擬開挖裝置、實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202110036504.9
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN114764098A
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 郭俊廷;張凱;李全生;楊明浩
• 申請（專利權）人: 神華神東煤炭集團有限責任公司;北京低碳清潔能源研究院;國家能源投資集團有限責任公司
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;張高潔

1.一種相似模擬實驗的模擬開挖裝置，其特征在于，包括兩個相互連接的模擬煤層部件，所述模擬煤層部件包括：

模擬巷道組件，所述模擬巷道組件的外形為長方體；

模擬煤柱組件，所述模擬煤柱組件包括多個橫截面為矩形的伸縮柱，所述多個伸縮柱在所述模擬巷道組件的一個側面上以預設間隔均勻地排列為一排且排列方向對應所述伸縮柱的寬度方向，所述伸縮柱的軸線垂直于所述側面，所述預設間隔的大小等于所述伸縮柱的寬度；

其中，所述兩個模擬煤層部件所分別對應的所述伸縮柱交叉配合以填補彼此的相鄰所述伸縮柱之間的間隙。

2.根據權利要求1所述的相似模擬實驗的模擬開挖裝置，其特征在于，所述伸縮柱包括固定部與伸縮部，所述固定部完全容納于所述模擬巷道組件的內部，所述伸縮部能夠相對所述固定部伸縮并能夠伸出至所述模擬巷道組件的外部。

3.根據權利要求1或2所述的相似模擬實驗的模擬開挖裝置，其特征在于，還包括：

連接套，所述連接套套設在所述兩個模擬煤層部件沿所述多個伸縮柱的排列方向的端部，以保持所述兩個模擬煤層部件相對固定。

4.根據權利要求1所述的相似模擬實驗的模擬開挖裝置，其特征在于，還包括：

模擬頂板支護部件，所述模擬頂板支護部件包括多個正方形的支護板，所述支護板的邊長與所述伸縮柱的寬度相等，所述多個支護板均勻并連續地鋪設在由所述兩個模擬煤層部件中的所述伸縮柱構成的表面上且鋪滿所述表面。

5.根據權利要求4所述的相似模擬實驗的模擬開挖裝置，其特征在于，在所述多個伸縮柱的排列方向上，相鄰支護板之間的邊界線對應所述伸縮柱的軸線。

6.根據權利要求4或5所述的相似模擬實驗的模擬開挖裝置，其特征在于，所述支護板的邊緣側面為斜面，相鄰的支護板的斜面相互緊貼。

7.根據權利要求1所述的相似模擬實驗的模擬開挖裝置，其特征在于，還包括監控部件，所述監控部件包括：

開采監控組件，所述開采監控組件包括多個設置于所述模擬巷道組件內部的位移傳感器，每個所述位移傳感器對應一個伸縮柱；

頂板監控組件，所述頂板監控組件包括多個微型攝影組件，所述微型攝影組件包括閃光燈與攝像頭，所述微型攝影組件設置于對應開切眼、停采線以及工作面中部的所述伸縮柱的外側端部。

8.根據權利要求1所述的相似模擬實驗的模擬開挖裝置，其特征在于，所述模擬巷道組件內部設置有蓄電池和控制模塊，所述蓄電池用于為伸縮柱供電，所述控制模塊用于控制所述伸縮柱的運轉。

9.一種相似模擬實驗的實驗裝置，其包括如權利要求1至8任一項所述的模擬開挖裝置，其特征在于，還包括：

實驗箱，所述模擬開挖裝置設置在所述實驗箱的內部；

模擬上覆巖層，所述模擬上覆巖層設置在所述實驗箱的內部且成型于所述模擬開挖裝置的上方；

模擬下覆巖層，所述模擬下覆巖層設置在所述實驗箱的內部且成型于所述模擬開挖裝置的下方。

10.一種相似模擬實驗的實驗方法，其應用于如權利要求9所述的實驗裝置，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、根據實驗目的以及待模擬煤層的地質采礦條件，確定實驗箱的大小以及各模擬巖層的厚度與相似材料的配比；

步驟二、在所述實驗箱的內部鋪設模擬下覆巖層，若模擬傾斜煤層，則所述模擬下覆巖層鋪設為傾斜狀；

步驟三、在所述模擬下覆巖層上放置組裝后的模擬開挖裝置，并通過有線或無線的方式將所述模擬開挖裝置的控制模塊與外部計算機連接；

步驟四、在所述模擬開挖裝置中的伸縮柱的上方均勻鋪設支護板，直至鋪滿所述伸縮柱的上表面；

步驟五、在所述模擬開挖裝置的上方逐層鋪設模擬上覆巖層；

步驟六、根據煤層開挖的順序，通過所述控制模塊操控所述伸縮柱按預設速度與順序依次收縮，直至模擬煤層開挖完畢。