固体充填法采煤二维物理模拟实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料技术领域，尤其涉及一种固体充填法采煤二维物理模拟实验装置。
【背景技术】
[0002]固体充填法采煤是将煤矸石、粉煤灰、炉渣、尾矿、建筑垃圾、土等一种或多种材料混合充填入开采后形成的空间，以控制围岩的移动和矿压显现强度的采煤方法。固体充填法采煤对保护地表工程建筑、防治顶底板突水等方面效果明显，能消耗大量固体废弃物、对生态环境的破环程度较小、成本较其它充填采煤方法低，因而得到较多采用。
[0003]物理模拟实验是研究采煤活动中煤岩层移动和矿压显现规律的常用方法，可分为二维(平面)物理模拟实验和三维物理模拟实验两类。二维物理模拟实验使用材料少，模型堆筑和煤层开挖相对方便、工作量少，应力和位移的观测相对直观和方便，在把煤层开采看作平面应变问题时被广泛采用。
[0004]申请号为201110097491.2的专利文献提的模拟充填的解决方法:“充填体夯实机构包括夯实机构前后行走导轨、安装在夯实机构前后行走导轨上的夯实机构左右行走导轨、安装在夯实机构左右行走导轨上的液压缸、安装在液压缸活塞端的夯实推板、布置在液压缸活塞和夯实推板之间的传感器”。“将固体充填料充入三维箱体内，随着工作面推进充填材料不断充入采空区，并通过布置在工作面的带有压力传感器的液压夯实机构对充填材料夯实”。
[0005]申请号为201110121561.3的专利文献提出的模拟充填的解决方法是:“设在仿真煤层处的支撑架，支撑架上设有模拟综采充填支架，模拟综采充填支架包括推压板、与推压板相连的推压双向油缸，推压双向油缸的前部设有固定块，推压双向油缸经油管连接有油泵，推压板上设有推压调节装置”。“对模拟综采充填支架后的采空区充填仿真采空区充填物料，并在仿真采空区充填物料内埋设多信息无线传感器”。“启动油泵的控制开关，首先调节推压双向油缸和固定块，固定推压板的位置，然后通过依次推压调节压块前后上下推压仿真采空区充填物料直至密实”。
[0006]申请号为201110121563.2的专利文献提出的模拟充填的解决方法与申请号为201110121561.3的专利文献基本相同。以上解决方法的缺点是结构较为复杂，对液压设备和机械传动设备的控制精度要求高。
[0007]受物理模拟实验台尺寸和工程量的限制，模型是不能做得太大的。因此煤层的厚度一般较小，向模型内部添加固体充填相似材料很不方便，也不易做到铺设均匀。机械装置复杂，不易精确控制压实程度，如果固体充填相似材料含有水分，还可能会浸湿煤层的顶板和底板，从而改变顶板和底板的力学性质。(这里要说明的是模拟实验中模型材料遇水后的性质改变和工程中顶底板遇水后性质的改变在规律上未必一致)。另外，实际采煤过程中受顶梁移动的影响，很难做到100%的接顶率，也不是所有充填都要求达到很高的充填率。还有就是在推压固体充填相似材料的过程中，可能造成压力传感器方位和位置的变化，使实验准确性降低。因而这几种模拟方法具有一定局限性。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种固体充填法采煤二维物理模拟实验装置，所述实验装置用于固体充填法采煤二维物理模拟实验，所述模拟实验具有操作简单，测量方便，能预先精确设定固体充填相似材料的压实度的特点。
[0009]为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是:一种固体充填法采煤二维物理模拟实验装置，其特征在于:所述实验装置包括二维物理模拟实验台以及若干个固体充填相似材料模具，所述二维物理模拟试验台上堆筑有岩层物理模型，所述岩层物理模型的采煤层中设有模拟支架，采煤层的采空区设有固体充填相似材料模具，所述模拟支架和固体充填相似材料模具上设有压力传感器，所述采煤层上下两侧的岩层物理模型上设有位移监测点。
[0010]进一步的技术方案在于:所述岩层物理模型的表面设有第一压力调整板，所述第一压力调整板的上表面设有压力调整装置，所述压力调整装置的上端设有第二压力调整板，所述第二压力调整板与所述二维物理模拟实验台固定连接。
[0011]进一步的技术方案在于:所述压力调整装置为液压气缸或液压油缸。
[0012]进一步的技术方案在于:所述固体充填相似材料模具包括模具本体、模具本体内的固体充填相似材料以及压力传感器，所述模具本体包括前挡板、后挡板、左活动挡板、右活动挡板和底板，所述前挡板和后挡板可分离的连接于所述底板的前后两侧，所述左活动挡板和右活动挡板设置在所述底板的左右两侧，所述模具本体包括前挡板、后挡板、左活动挡板、右活动挡板和底板围合成放置固定充填材料的盆状结构，所述后挡板上开设有通线孔，所述压力传感器位于所述固体充填相似材料内，压力传感器的信号输出端通过信号线经后挡板上的通线孔向模具本体的外部引出。
[0013]进一步的技术方案在于:所述固体充填相似材料的上表面设有塑料薄膜。
[0014]进一步的技术方案在于:所述前挡板和后挡板由透明材料制成。
[0015]进一步的技术方案在于:所述前挡板和后挡板采用有机玻璃板。
[0016]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:所述实验装置用于固体充填法采煤二维物理模拟实验，所述模拟实验具有操作简单，配料精确，测量方便，能预先精确设定固体充填相似材料的压实度的特点。实验中，固体充填相似材料可做到不与采煤层之上的顶板以及之下的底板直接接触，避免了由于水分作用改变顶底板模型材料的性质。固体充填相似材料内部的压力传感器位置和方位准确，能够直观得出固体充填相似材料的变形情况。
【附图说明】
[0017]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0018]图1是本实用新型所述实验装置的结构示意图；
[0019]图2是图1中固体充填相似材料模具的结构示意图；
[0020]其中:1、固体充填相似材料模具2、底板3、前挡板4、后挡板5、左活动挡板6、右活动挡板7、通线孔8、信号线9、压力传感器10、二维物理模拟实验台11、位移监测点12、模拟支架13、岩层物理模型14、采煤层15、第一压力调整板16、压力调整装置17、第二压力调整板。
【具体实施方式】
[0021]下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0022]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
[0023]如图1所示本实用新型公开了一种固体充填法采煤二维物理模拟实验装置，所述实验装置包括二维物理模拟实验台10以及若干个固体充填相似材料模具I。所述二维物理模拟试验台10上堆筑有岩层物理模型13，岩层物理模型13用于模拟实际的岩层结构。所述岩层物理模型13的采煤层14中设有模拟支架12，采煤层14的采空区设有固体充填相似材料模具I。所述模拟支架12和固体充填相似材料模具I上设有压力传感器9，所述采煤层14上下两侧的岩层物理模型上设有位移监测点11，所述位移监测点11上设有位移传感器。
[0024]所述岩层物理模型13的表面设有第一压力调整板15，所述第一压力调整板15的上表面设有压力调整装置16，所述压力调整装置16的上端设有第二压力调整板17，所述第二压力调整板17与所述二维物理模拟实验台10固定连接。所述压力调整装置16 —般为液压气缸或液压油缸。压力调整装置16用于输出动力作用于第一压力调整板15，调节岩层物理模型13的岩层之间的压力。
[0025]如图2所示，所述固体充填相似材料模具I包括模具本体、模具本体内的固体充填相似材料以及压力传感器9，所述模具本体包括前挡板