一种相似模拟实验设备及相似模拟实验方法与流程

本发明涉及矿山开采用相似模拟，尤其涉及一种相似模拟实验设备及相似模拟实验方法。

背景技术：

1、在矿山开采过程中，经常需要利用相似模拟实验进行前期模拟，以为后续的开采提供安全的理论指导。相似模拟实验多采用相似模拟设备，其包括相似模拟箱体，在相似模拟箱体铺设相似模拟层，相似模拟层由相似材料制成，以模拟各层地质。相似模拟层一般包括相似煤层、相似上覆岩层、相似含水层、相似地表层等。为了模拟矿压，会在相似模拟箱体的顶部配置加压装置。加压装置一般采用压板和油缸，压板压在相似地表层上，油缸带动压板下压，以通过压板给相似模拟层加压，从而观察相似模拟层中的裂隙变化、采空区处的上覆岩层的跨落状态等，以根据矿压绘制出图标，为后期实际开采时提供理论指导。

2、但是，现有的模拟矿压的方式仅能模拟从上往下的垂直加压，加压装置一直作用，不能模拟震动矿压。在实际开采时，由于采动影响或周围其他矿区的放炮作业影响等，都会在岩层中产生震动，这种震动矿压对岩层、开采作业也会产生影响，甚至会影响生产作业安全。

3、有鉴于此，提供一种能够模拟震动矿压的相似模拟实验设备及相似模拟实验方法成为必要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够模拟震动矿压的相似模拟实验设备及相似模拟实验方法。

2、本发明技术方案提供一种相似模拟实验设备，包括控制系统、具有相似模拟层的相似模拟装置、用于向所述相似模拟层加压的加压装置和用于模拟震动矿压的震动矿压模拟机构，所述相似模拟层中预埋有压力计，所述压力计与所述控制系统信号连接；

3、所述震动矿压模拟机构包括盖在所述相似模拟层上的压板和具有震动滚轮的行走震动器，所述加压装置处于所述压板的上方并与所述压板连接，所述行走震动器包括有用于驱动所述震动滚轮运转的动力单元；

4、所述压板的顶面设有用于所述行走震动器行走的多圈环形跑道，每圈所述环形跑道的通道侧板分别设有用于所述行走震动器通过的侧板开口，所有的所述侧板开口处于所述环形跑道的中线的同一侧，每个所述侧板开口分别设有能够转动开关的电动换向门，所述电动换向门与所述控制系统信号连接，通过控制所述电动换向门向内或向外摆动以连通相邻的内外两个所述侧板开口，从而连通相邻的内外两圈所述环形跑道；

5、在全部的所述电动换向门都处于初始状态时，内外相邻的任意两圈环形跑道相互隔开，所述行走震动器在选定的任意一圈所述环形跑道中行走，以模拟周期矿压；

6、在最内侧的所述电动换向门处于初始状态，其余的所述电动换向门都处于向内摆动状态时，所述行走震动器能够从外圈所述环形跑道向内圈所述环形跑道依次行走，以模拟矿压从四周向中间传播；

7、在最外侧的所述电动换向门处于初始状态，其余的所述电动换向门都处于向外摆动状态时，所述行走震动器能够从内圈所述环形跑道向外圈所述环形跑道依次行走，以模拟矿压从中间向四周传播。

8、在其中一项可选技术方案中，所述震动滚轮的外周面沿着周向间隔地设有多个车轮凸块，任意相邻的两块所述车轮凸块相互隔开预设距离。

9、在其中一项可选技术方案中，所述环形跑道中可拆卸地安装有跑道垫板，所述跑道垫板上沿着宽度方向间隔地设有车轮导向槽，所述车轮导向槽的槽壁上对应所述侧板开口的位置设有用于所述行走震动器通过的槽壁缺口。

10、在其中一项可选技术方案中，所述车轮导向槽的槽底设有用于与所述车轮凸块配合的防滑槽，所述防滑槽布置在所述槽壁缺口的两端，所述车轮导向槽的槽底处于所述槽壁缺口两端之间的部分为平面。

11、在其中一项可选技术方案中，所述行走震动器的顶部设有托盘，所述托盘中可选择地配置有配重物。

12、在其中一项可选技术方案中，所述电动换向门包括与所述通道侧板可枢转连接的门轴、与所述门轴固定连接的门板和用于驱动所述门轴和/或所述门板转动的驱动机构，所述驱动机构与所述控制系统信号连接；

13、所述门板的长度大于所述环形跑道的宽度，且在所述门板被驱动向内/外摆动时，所述门板的远端朝向内侧/外侧的所述侧板开口的远端边缘延伸或与所述侧板开口的远端边缘搭接。

14、在其中一项可选技术方案中，所述门板的远端设有第一磁铁，所述侧板开口的远端边缘设有用于与所述第一磁铁吸附的第二磁铁。

15、在其中一项可选技术方案中，所述驱动机构包括第一马达、第二马达和第三马达；

16、所述门轴包括最内侧的第一门轴、最外侧的第二门轴和处于所述第一门轴与所述第二门轴之间的多根第三门轴；

17、所述第一门轴与所述第一马达传动连接，所述第二门轴与所述第二马达传动连接，多根所述第三门轴通过同步机构与所述第三马达连接。

18、在其中一项可选技术方案中，所述第一马达安装在最内侧的所述通道侧板的顶部，所述第二马达安装在最外侧的通道侧板的顶部，所述第三马达安装在所述压板的顶面并处于所述第二门轴的外侧；

19、所述压板中处于多根所述第三门轴的下方设有安装腔，所述第三门轴的下端设有从动轮，所述第三马达的马达转轴的下端设有主动轮，所述主动轮和所述从动轮都处于所述安装腔中，所述主动轮和所述从动轮通过同步带连接；

20、所述安装腔的腔口处于所述压板的侧面，所述安装腔的腔口中设有滤网。

21、本发明技术方案还提供一种相似模拟实验设备的相似模拟实验方法，包括如下步骤：

22、s01：启动加压装置通过压板给下方的相似模拟层加压至预设压力值；

23、s02：控制所有的电动换向门都保持在初始状态，将行走震动器按照预设顺序放置在环形跑道中行走，以模拟周期矿压，同时记录相似模拟层中的矿压大小变化及周期，同时观察记录相似模拟层的裂隙变化及跨落状态；

24、s03：将最内侧的电动换向门保持在初始状态，将其余的电动换向门驱动至向内摆动状态，将行走震动器放置在最外圈的环形跑道中，行走震动器从外圈环形跑道向内圈环形跑道依次行走，以模拟矿压从四周向中间传播，同时记录相似模拟层中的矿压大小变化及周期，同时观察记录相似模拟层的裂隙变化及跨落状态；

25、s04：将最外侧的电动换向门保持在初始状态，将其余的电动换向门驱动至向外摆动状态，行走震动器从内圈环形跑道向外圈环形跑道依次行走，以模拟矿压从中间向四周传播，同时记录相似模拟层中的矿压大小变化及周期，同时观察记录相似模拟层的裂隙变化及跨落状态；

26、s05：重复步骤s02-s04多次，完成相似模拟实验。

27、采用上述技术方案，具有如下有益效果：

28、本发明提供的相似模拟实验设备及相似模拟实验方法，通过在压板的顶部配置多圈环形跑道，并配置行走震动器，以组成震动矿压模拟机构来模拟震动矿压。其中，环形跑道的中线一侧的通道侧板上设有电动换向门，通过驱动电动换向门向内或向外摆动，以使得内外两圈环形跑道连通，以供行走震动器从外圈向内圈跑或从内圈向外圈跑，以模拟矿压从四周向中间传播或模拟矿压从中间向四周传播。在电动换向门处于初始状态时，相邻的内外两圈环形跑道相互独立，以供行走震动器在指定的环形跑道中行走，从而模拟周期矿压。

29、综上所述，本发明提供的相似模拟实验设备及相似模拟实验方法，能够模拟多种类型的震动矿压，可以更好地模拟矿下生产时的震动场景，提高模拟效果的准确性，为后续的矿下生产开采提供更加精确的理论指导。