垂直断面法保护煤柱设计的三维教学模型的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种变形监测教学模型，具体涉及一种垂直断面法保护煤柱设计的三维教学模型。
【背景技术】
[0002]由于煤矿地下开采活动常引起岩层与地表移动，从而造成位于其影响范围内的地表上构筑物遭受不同程度的破坏。为了保护地表重要构筑物，原国家煤炭工业局制定的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中规定，对地面构筑物，应以危险移动变形值指标为主要依据，留设保护煤柱。
[0003]目前，留设保护煤柱的方法主要采用垂直断面法。现有技术中，在保护煤柱计算的教学上，仍然停留在课本教学阶段，由于在保护煤柱计算的过程中，存在复杂的空间线性关系，具有作图复杂的问题，由此导致学生难以迅速理解保护煤柱计算的相关知识，增加了教学难度。
【实用新型内容】
[0004]针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种垂直断面法保护煤柱设计的三维教学模型，可有效解决上述问题。
[0005]本实用新型采用的技术方案如下:
[0006]本实用新型提供一种垂直断面法保护煤柱设计的三维教学模型，包括:框架本体
(I)，所述框架本体(I)的下部按设定的倾斜角度固定设置有用于代表煤层的煤层模拟面板(2)，即:所述煤层模拟面板(2)的倾斜角度代表煤层的倾斜角度；所述框架本体(I)的上部固定安装有用于代表建筑物的建筑物模拟部件(3);所述建筑物模拟部件(3)所在平面代表地表层；所述建筑物模拟部件(3)的外切矩形位置设置有用于代表围护带的矩形形状的围护带模拟部件(4);
[0007]在所述地表层和所述煤层模拟面板(2)之间，固定设置有用于代表冲积层和基岩的交界面的交界面模拟面板(5);则:所述地表层到所述交界面模拟面板(5)之间的区域代表冲积层￠)，所述交界面模拟面板(5)以下的区域代表基岩(7);
[0008]设矩形形状的围护带模拟部件(4)的四个顶点位置，按逆时针方向，依次为al点、bl点、Cl点和dl点；其中，bl点到al点的连线、Cl点到dl点的连线均与煤层的倾向方向一致；bl点到cl点的连线、al点到dl点的连线均与煤层的走向方向一致；在131点到cl点的连线取中点el点，在al点到dl点的连线取中点fl点；
[0009]则:按冲积层移动角Φ = 45。，分别从al点、bl点、cl点、dl点、el点和fl点固定引出第I连杆、第2连杆、第3连杆、第4连杆、第5连杆和第6连杆，使第I连杆、第2连杆、第3连杆、第4连杆、第5连杆和第6连杆与交界面模拟面板(5)相交于a2点、b2点、c2点、d2点、e2点和f2点；
[0010]按煤层走向基岩移动角δ，分别从a2点、b2点、c2点、d2点向下引出第I’连杆、第2’连杆、第3’连杆和第4’连杆，与煤层模拟面板(2)分别相交于a3点、b3点、c3点和d3点；
[0011]从冲积层向下山方向，按上山基岩移动角Y =75。，从e2点向下引出第5’连杆，与煤层模拟面板(2)相交于e3点；
[0012]从冲积层向上山方向，按下山基岩移动角β =47°，从f2点向下引出第6’连杆，与煤层模拟面板(2)相交于f3点；
[0013]则:经过b3和a3，设置第I边界模拟带LI，LI即为保护煤柱左边界；
[0014]经过c3和d3，设置第2边界模拟带L2，L2即为保护煤柱右边界；
[0015]经过e3点，设置与围护带模拟部件⑷的blcl平行的第3边界模拟带L3，L3即为下山方向保护煤柱边界；
[0016]经过f3点，设置与围护带模拟部件(4)的aldl平行的第4边界模拟带L4，L4即为上山方向保护煤柱边界；
[0017]此外，在煤层模拟面板⑵上，沿煤层的走向方向，从a3点、b3点、c3点和d3点分别延伸设置第I凹槽(2.1)、第2凹槽(2.2)、第3凹槽(2.3)和第4凹槽(2.4)，使第I’连杆、第2’连杆、第3’连杆和第4’连杆可分别沿所述第I凹槽(2.1)、所述第2凹槽(2.2)、所述第3凹槽(2.3)和所述第4凹槽(2.4)进行滑动；并且，当第I’连杆、第2’连杆、第3’连杆和/或第4’连杆分别沿所述第I凹槽(2.1)、所述第2凹槽(2.2)、所述第3凹槽(2.3)和所述第4凹槽(2.4)进行滑动时，第I’连杆、第2’连杆、第3’连杆、第4’连杆与交界面模拟面板(5)在走向方向形成的线面角，即走向基岩移动角δ发生变化；同时，第I’连杆、第2’连杆、第3’连杆和/或第4’连杆与煤层模拟面板(2)的交点a3、b3、c3和d3也发生变化，进而导致保护煤柱左边界和/或保护煤柱右边界发生变化。
[0018]优选的，所述框架本体(I)为正方体；所述正方体的每条边为外径25mm、长度40cm的白色PVC管；相邻两个白色PVC管的接口采用三通塑料接头对接。
[0019]优选的，所述煤层模拟面板(2)为白色泡沫板与KT板的复合板，并且，在所述复合板上表面覆盖一层黑色图纸。
[0020]优选的，所述建筑物模拟部件(3)为塑料制长方体。
[0021]优选的，所述围护带模拟部件(4)为蓝色胶带。
[0022]优选的，所述交界面模拟面板(5)为透明KT板，其与地表层之间距离为7cm。
[0023]优选的，所述第I连杆、第2连杆、第3连杆、第4连杆、第5连杆、第6连杆、第I’连杆、第2’连杆、第3’连杆、第4’连杆、第5’连杆和第6’连杆为4*3mm的白色ABS空心棒，并且，在所述白色ABS空心棒内部插入铁丝。
[0024]优选的，所述第I边界模拟带LI和所述第2边界模拟带L2为Icm宽的可活动的KT条;
[0025]所述第3边界模拟带L3和所述第4边界模拟带L4为白色胶带。
[0026]本实用新型提供的垂直断面法保护煤柱设计的三维教学模型具有以下优点:
[0027]可以使学生简单明了的认识到垂直断面法留设保护煤柱过程中各种角度与空间的线性关系，从而极大程度的促进教学效果。
【附图说明】
[0028]图1为本实用新型提供的垂直断面法保护煤柱设计的三维教学模型的整体结构示意图；
[0029]图2为本实用新型提供的垂直断面法保护煤柱设计的三维教学模型的局部结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]以下结合附图对本实用新型进行详细说明:
[0031]本实用新型提供一种垂直断面法保护煤柱设计的三维教学模型，通过该三维教学模型，可以使学生简单明了的认识到垂直断面法留设保护煤柱过程中各种角度与空间的线性关系，从而极大程度的促进教学效果。
[0032]结合图1和图2，垂直断面法保护煤柱设计的三维教学模型包括:框架本体1，框架本体I的下部按设定的倾斜角度固定设置有用于代表煤层的煤层模拟面板2，即:煤层模拟面板2的倾斜角度代表煤层的倾斜角度；框架本体I的上部固定安装有用于代表建筑物的建筑物模拟部件3 ;建筑物模拟部件3所在平面代表地表层；建筑物模拟部件3的外切矩形位置设置有用于代表围护带的矩形形状的围护带模拟部件4 ;
[0033]在地表层和煤层模拟面板2之间，固定设置有用于代表冲积层和基岩的交界面的交界面模拟面板5 ;则:地表层到交界面模拟面板5之间的区域代表冲积层6，交界面模拟面板5以下的区域代表基岩7;
[0034]设矩形形状的围护带模拟部件4的四个顶点位置，按逆时针方向，依次为al点、bl点、Cl点和dl点；其中，bl点到al点的连线、Cl点到dl点的连线均与煤层的倾向方向一致；bl点到cl点的连线、al点到dl点的连线均与煤层的走向方向一致；在bl点到cl点的连线取中点el点，在al点到dl点的连线取中点fl点；
[0035]则:按冲积层移动角Φ = 45°，分别从al点、bl点、cl点、dl点、el点和fl点固定引出第I连杆、第2连杆、第3连杆、第4连杆、第5连杆和第6连杆，使第I连杆、第2连杆、第3连杆、第4连杆、第5连杆和第6连杆与交界面模拟面板5相交于a2点、b2点、c2点、d2点、e2点和f2点；
[0036]按煤层走向基岩移动角δ，分别从a2点、b2点、c2点、d2点向下引出第I’连杆、第2’连杆、第3’连杆和第4’连杆，与煤层模拟面板2分别相交于a3点、b3点、c3点和d3
占.V，
[0037]从冲积层向下山方向，按上山基岩移动角γ =75。，从e2点向下引出第5’连杆，与煤层模拟面板2相交于e3点；
[0038]从冲积层向上山方向，按下山基岩移动角β =47°，从f2点向下引出第6’连杆，与煤层模拟面板2相交于f3点；
[0039]则:经过b3和a3，设置第I边界模拟带LI，LI即为保护煤柱左边界；
[0040]经过c3和d3，设置第2边界模拟带L2，L2即为保护煤柱右边界；
[0041]经过e3点，设置与围护带模拟部件4的blcl平行的第3边界模拟带L3，L3即为下山方向保护煤柱边界；
[0042]经过f3点，设置与围护带模拟部件4的aldl平行的第4边界模拟带L4，L4即为上山方向保护煤柱边界；
[0043]此外，在煤层模拟面板2上，沿煤