一種流固耦合相似模擬實驗平臺的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及地下采礦領域，特別涉及一種流固耦合相似模擬實驗平臺。
【背景技術】
[0002]礦山開采向外部和深部擴展，對礦區水環境的影響愈來愈強烈，尤其在巖溶礦區，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境問題更為突出，這不僅嚴重制約著礦產資源的開發利用以及礦業經濟的可持續發展，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為地面沉降、地面裂縫、巖溶塌陷、淺表水漏失和水質污染、滑坡和泥石流等，對于南方巖溶礦區，采煤引起的采礦破壞更為嚴重，巖溶洞破壞了巖層結構的完整性，且常與淺表水資源形成水力聯系，對巖溶煤礦區的資源與環境協調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雜。目前，研宄煤層開采過后的巖層移動變形規律的主要方法有數值模擬研宄和物理相似模擬實驗研宄。數值模擬研宄能夠再現巖層移動變形過程，然而由于數值模擬參數取值相對理想化，且存在嚴重的人為干擾因素，因此數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用于煤層開采上覆巖層的移動規律的研宄，且相似模擬實驗技術已日趨成熟。然而國內多數相似模擬實驗平臺僅限于對上覆巖層移動規律的模擬，少有關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律的模擬。
【發明內容】
[0004]為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種結構簡單、能夠模擬煤層在采動作用下上覆巖層的移動變形、滲透特征及滲流規律的流固耦合相似模擬實驗平臺。
[0005]本實用新型解決上述問題的技術方案是: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、左側向插板和右側向插板，所述箱體底板、前擋板、后擋板、左側向插板、右側向插板和箱體頂板形成實驗平臺的封閉式箱體結構，所述箱體結構內設有傳動桿，傳動桿位于箱體底板上方，傳動桿上方設有采動鋼板，采動鋼板與傳動桿活動連接，采動鋼板上鋪有煤層，煤層上設有模擬巖層，模擬巖層中設有數據監測系統，模擬巖層頂部蓋有承壓鋼板，承壓鋼板與箱體頂板之間設有液壓千斤頂。
[0006]上述流固耦合相似模擬實驗平臺中，所述箱體結構還包括4根箱體邊柱，4根箱體邊柱布設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根箱體邊柱上均設有空槽，所述左側向插板和右側向插板分別插入左右兩側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有卡槽，前擋板、后擋板的上下兩端分別卡設于箱體頂板和箱體底板的卡槽內并用鎖緊螺母鎖緊。
[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向插板、右側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，所述左側向插板和右側向插板中間均設有穿板孔洞。
[0010]上述流固耦合相似模擬實驗平臺中，所述數據監測系統包括等間距埋設在模擬巖層中的壓力傳感器、應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]本實用新型的有益效果在于:
[0014]1、本實用新型結構簡單、制作成本低，需要實驗時，將左右側向插板抽出，慢慢轉動傳動桿，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律的影響；
[0015]2、本實用新型采用全封閉式箱體結構，能夠更好地模擬現實中煤層地下開采的封閉式環境，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】
[0016]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0017]圖2為圖1的側視圖。
[0018]圖3為圖1的俯視圖。
[0019]圖4為本實用新型箱體頂板的結構示意圖。
[0020]圖5為本實用新型模擬工作面推進時的結構圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0022]如圖1所示，本實用新型包括箱體頂板3、箱體底板4、前擋板5、后擋板6、左側向插板7-1、右側向插板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上均設有空槽，空槽的寬度與左側向插板7-1、右側向插板7-2的厚度相匹配，所述左側向插板7-1和右側向插板7-2分別插入左右兩側兩根箱體邊柱I的空槽之間并用緊固螺栓2固定，左側向插板7-1和右側向插板7-2中間均設有穿板孔洞13，所述箱體頂板3和箱體底板4上設有卡槽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于箱體頂板3和箱體底板4的卡槽14內并用鎖緊螺母12鎖緊，所述箱體底板4、前擋板5、后擋板6、左側向插板7-1、右側向插板7-2和箱體頂板3形成實驗平臺的封閉式箱體結構，所述箱體結構內設有傳動桿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，煤層上設有