一种模拟地下工程开挖、煤层开采及充填的装置的制作方法

本实用新型涉及地下工程的模拟开挖、开采及充填实验技术领域，具体为一种模拟地下工程开挖、煤层开采及充填的装置。

背景技术：

地下工程是由人为挖掘在地表下面产生的空间，地下工程的存在使得地表人们的生产、生活面临很大的安全问题，在地下工程的上部修建道路，桥梁，铁路等基础设施以及建筑物，有时仅采用地面各种保护措施难以保证地表的行车和建筑物的安全，因此，模拟地下工程的开挖、煤层开采及充填的方法就显得尤为重要，除了进行现场试验还需进行大量的模型试验，进而得到综合可靠的测试数据来支撑实际工程。

现有的地下工程模拟实验装置要么是只模拟地下工程开挖、开采，要么只能模拟地下工程填充，存在局限性，并且观察模拟数据显示面板不方便。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种模拟地下工程开挖、煤层开采及充填的装置，以解决现有的地下工程模拟实验装置要么是只模拟地下工程开挖、开采，要么只能模拟地下工程填充，存在局限性，并且观察模拟数据显示面板不方便的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种模拟地下工程开挖、煤层开采及充填的装置，包括箱体，所述箱体内底部固定连接有若干等间距分布的挡板，所述箱体内从下到上依次铺设有第一层岩土体、至少一个无弹性水袋以及第二层岩土体，所述岩土体内埋设有若干检测传感器，所述无弹性水袋的一端连通有一给无弹性水袋注水和排水的给排水机构，所述箱体顶部活动安装有一盖板，所述盖板与箱体之间设置有一角度调节机构，所述角度调节机构被装配为当盖板从箱体上完全打开时能够调节盖板与箱体之间的角度，所述盖板上固定安装有一信息处理显示机构，所述信息处理显示机构与检测传感器电连接。

进一步地，所述无弹性水袋包括柔软水袋层，所述柔软水袋层外部包覆有一层无弹性软管层，无弹性软管层能够在注水时约束柔软水袋层，使柔软水袋层不会膨胀。

进一步地，所述给排水机构包括固定安装在箱体一侧的水泵，所述水泵的进水口通过一进水管与水源连通，所述水泵的出水口连通有一主管道，还包括与无弹性水袋连通的引流管，所述引流管通过支管道与主管道连通，所述引流管的排水口处固定安装有一阀门，所述引流管上固定安装有一位于阀门与无弹性水袋之间的压力计，设置给排水机构能够给无弹性水袋内注水以及分别将每个无弹性水袋内的水排掉。

进一步地，所述箱体相对两侧板顶部分别设置有一导向板，所述导向板的一端凸出箱体，两所述导向板上分别开设有一滑槽，所述盖板两相邻端角处分别设置有一位于对应滑槽内的圆柱形滑块，使得所述盖板通过滑块与滑槽相配合的方式滑动且转动设置在导向板上。

进一步地，所述角度调节机构包括与盖板的滑块端部固定连接的圆杆，所述圆杆上沿其轴向滑动设置有一圆环，所述圆环靠近导向板的端面固定连接有一卡齿，所述圆杆远离导向板的端部固定连接有一帽块，所述帽块与圆环之间固定连接有一压簧，还包括若干与卡齿相配合的卡槽，所述卡槽呈圆周分布开设于导向板凸出箱体的一端。

进一步地，所述圆杆周侧面沿轴线方向开设有一凹槽，所述圆环内周侧面沿轴线方向设置有一与凹槽相配合的凸条，通过凸条与凹槽配合，能够防止圆环在圆杆上转动。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、该模拟地下工程开挖、煤层开采及充填的装置，利用箱体、相似岩土体及无弹性水袋来模拟地下工程结构，用注满可流动液体的无弹性水袋充当地下中空结构的土体，能够模拟地下工程开挖、煤层开采及充填，采用无弹性水袋，能够避免因注入液体压力过大水袋膨胀导致上覆土层隆起；

2、设置给排水机构和无弹性水袋，通过阀门控制无弹性水袋中液体流放速度来模拟实际开挖过程，通过逐个放干水袋中的液体来模拟煤层开采工作面向前推进的过程，利用水泵向放干液体的水袋中注入填充物来模拟地下工程充填治理，通过检测传感器和息处理显示机构检测模拟过程中实时数据。

3、设置角度调节机构，能在盖板完全打开时，调节盖板与箱体之间的角度，以将盖板上的处理显示机构的显示面板调节至合适角度，便于观察数据。

4、对于大面积的采空区，在相邻无弹性水袋间放置挡板来充当实际开采过程中预留的煤柱，同时也防止一侧水袋中水放干后另一侧水袋滚动导致模拟结果与实际工程相差太大。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型图1中a处结构放大图；

图3为本实用新型结构剖面图；

图4为本实用新型无弹性水袋上未铺设岩土体时结构俯视图；

图5为本实用新型箱体及挡板结构示意图；

图6为本实用新型图5中b处结构放大图；

图7为本实用新型无弹性水袋与给排水机构结构示意图；

图8为本实用新型无弹性水袋结构剖面图；

图9为本实用新型角度调节机构结构示意图。

图中：1、箱体；2、挡板；3、无弹性水袋；301、柔软水袋层；302、无弹性软管层；4、给排水机构；401、水泵；402、进水管；403、主管道；404、支管道；405、引流管；406、阀门；407、压力计；5、岩土体；6、检测传感器；7、盖板；8、角度调节机构；801、圆杆；802、圆环；803、卡齿；804、帽块；805、压簧；806、凹槽；807、凸条；9、信息处理显示机构；10、导向板；1001、滑槽；1002、卡槽。

具体实施方式

下面将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。

请参阅图1-9，本实用新型提供一种技术方案：一种模拟地下工程开挖、煤层开采及充填的装置，包括箱体1，箱体1内底部固定连接有若干等间距分布的挡板2，对于大面积的采空区，在相邻无弹性水袋3间放置挡板2来充当实际开采过程中预留的煤柱，同时也防止一侧无弹性水袋3中水放干后另一侧无弹性水袋3滚动导致模拟结果与实际工程相差太大，箱体1内从下到上依次铺设有第一层岩土体5、至少一个无弹性水袋3以及第二层岩土体5，无弹性水袋3上下方均铺与实际模拟对象相似的岩土体5，与实际情况贴合，无弹性水袋3注满水后充当地下中空结构的土体，无弹性水袋3包括柔软水袋层301，柔软水袋层301为防水橡胶材料用于防止液体渗漏，柔软水袋层301外部包覆有一层无弹性软管层302，无弹性软管层302为柔软无弹性材料(如涤纶)，能够避免因注入液体压力过大使柔软水袋层301膨胀而导致上方的岩土体5隆起，岩土体5内埋设有若干检测传感器6，检测传感器6与信息处理显示机构9电连接，其中检测传感器6为压力传感器，压力传感器型号为hc-3100，信息处理显示机构9为采集仪，采集仪型号为dh5937(或检测传感器6为lvdt差动变压器式位移传感器，型号为lvdtc20，信息处理显示机构9为xsew高精度显示仪表)，检测传感器6能够检测模拟过程中岩土体5的压力变化或沉降变化，无弹性水袋3的一端连通有一给无弹性水袋3注水和排水的给排水机构4。

给排水机构4包括固定安装在箱体1一侧的水泵401，水泵401的进水口通过一进水管402与水源连通，水泵401的出水口连通有一主管道403，还包括与无弹性水袋3连通的引流管405，引流管405通过支管道404与主管道403连通，引流管405的排水口处固定安装有一阀门406，引流管405上固定安装有一位于阀门406与无弹性水袋3之间的压力计407，设置给排水机构4，能够为无弹性水袋3注水或排水，注水的同时可以观察压力计407的读数，通过阀门406控制无弹性水袋3中液体流放速度来模拟实际开挖过程，通过逐个放干无弹性水袋3中的液体来模拟煤层开采工作面向前推进的过程，利用水泵401向放干液体的无弹性水袋3中注入填充物来模拟地下工程充填治理。

箱体1顶部活动安装有一盖板7，盖板7上固定安装有一信息处理显示机构9，信息处理显示机构9与检测传感器6电连接，盖板7能够盖住箱体1的上口，箱体1相对两侧板顶部分别设置有一导向板10，导向板10的一端凸出箱体1，两导向板10上分别开设有一滑槽1001，盖板7两相邻端角处分别设置有一位于对应滑槽1001内的圆柱形滑块，盖板7通过滑块与滑槽1001相配合的方式滑动且转动设置在导向板10上。

盖板7与箱体1之间设置有一角度调节机构8，角度调节机构8被装配为当盖板7从箱体1上完全打开时能够调节盖板7与箱体1之间的角度，角度调节机构8包括与盖板7的滑块端部固定连接的圆杆801，圆杆801上沿其轴向滑动设置有一圆环802，圆杆801周侧面沿轴线方向开设有一凹槽806，圆环802内周侧面沿轴线方向设置有一与凹槽806相配合的凸条807，圆环802靠近导向板10的端面固定连接有一卡齿803，圆杆801远离导向板10的端部固定连接有一帽块804，帽块804与圆环802之间固定连接有一压簧805，还包括若干与卡齿803相配合的卡槽1002，卡槽1002呈圆周分布开设于导向板10凸出箱体1的一端，设置角度调节机构8，能在盖板7完全打开时，调节盖板7与箱体1之间的角度，以将盖板7上的信息处理显示机构9的显示面板调节至合适角度，便于观察数据。

工作原理：首先完全滑动打开盖板7，通过克服压簧805弹力滑动圆环802，使卡齿803脱离卡槽1002，此时转动盖板7使显示面板呈合适角度，松开圆环802，使卡齿803卡进此角度对应的卡槽1002内；接着测量实际工况，采用相似原理对待开挖或回填的地质状况进行等比例缩放，得到相应的相似岩土体5的尺寸，依据相似原理制备相似岩土体5的材料；再在箱体1填充空间内铺设模拟的第一层相似岩土体5，铺设至采空区设计高度，同时埋设若干检测传感器6，把无弹性水袋3放进平铺在第一层岩土体5上，无弹性水袋3的尺寸和数量可根据地下工程的大小来确定，其中，无弹性水袋3的直径等于需模拟的地下工程的高度，通过给排水机构4给无弹性水袋3内注满水来充当地下中空结构的土体，之后在无弹性水袋3上方铺设第二层岩土体5并埋设若干检测传感器6，铺设过程中检测每层岩土体5土样相关物理指标合格后再能进行上层岩土体5的制作和铺设；然后通过打开给排水机构4的阀门406控制液体流量来模拟实际开挖和开采过程，当逐个将无弹性水袋3中的水放出，即可模拟实际煤层开采时工作面向前推进的过程；当地下工程开挖或开采完毕后，关闭阀门406，通过水泵401向空的无弹性水袋3中注入填充液体来模拟对废弃隧道或采空区等地下工程的充填治理。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。