本發(fā)明涉及一種礦山開采平面相似模擬實驗裝置，特別涉及一種臥式多角度礦山開采平面相似模擬實驗裝置及實驗方法。

背景技術：

由于礦山巖體是一種屬性極其復雜的復合介質，開采引起的巖層與地表移動是一個復雜的力學過程。在礦山開采活動的影響下，巖體中的不同部分、不同時間發(fā)生著不同類型的變形和破壞現象，而且這些現象形成的過程具有不可見、不可接觸性，為理論研究和現場實際觀測帶來較大的困難。同時，在礦山真實開采條件下進行現場研究，不僅工作量大，歷時時間長、而且費用高，并且對采區(qū)布置參數、開采工藝及開采順序的改變十分困難，測試手段和觀測方法也受到礦山現場實際的限制。因此，通過實驗室采用相似材料模擬的手段來再現礦山開采過程，成為研究其內在規(guī)律的一種有效手段。

相似材料模擬實驗是一種以相似理論為基礎，通過一定的相似材料模型在相似模擬實驗裝置中進行礦山實際工程問題的研究。傳統(tǒng)的相似模擬實驗裝置的相似材料的填埋，大多在豎直分層裝填，通常適用于模擬地質條件較好、煤層傾角較小的模擬實驗，且工作量大、困難，并在操作過程中具有一定危險性。而面對急傾斜或大傾角煤層的相似材料裝填時，在豎直分層裝填會出現砂漿因分層傾角較大而下滑，出現裝填困難、裝填工序復雜等問題；且大多傳統(tǒng)的相似模擬實驗裝置僅施加一定的豎向壓力，而橫向力靠支架反力作用施加，卻無法控制其大小，對相似模擬結果的準確度產生了一定影響。

技術實現要素：

為了解決現有相似材料模擬實驗存在的上述技術問題，本發(fā)明旨在提供一種簡便、安全、工作量小、適用性強的臥式多角度礦山開采平面相似模擬實驗裝置及實驗方法。

本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種臥式多角度礦山開采平面相似模擬實驗裝置，包括加載裝置、填模裝置、提升裝置以及實驗架，所述的實驗架內側為長方形框，所述的加載裝置固定在實驗架內側，所述的填模裝置為長方體，填模裝置的下端與實驗架鉸接，所述的提升裝置分別與實驗架和填模裝置的上端相連。

上述的臥式多角度礦山開采平面相似模擬實驗裝置中，所述的加載裝置是由豎向加載千斤頂、豎向加載梁、側向加載千斤頂、側向加載梁組成。

上述的臥式多角度礦山開采平面相似模擬實驗裝置中，所述的填模裝置是由?？蛏献o板、模框側護板、?？虻装濉⒛？蛏喜烤o固板、模板、鋼化玻璃板、?？蛳虏烤o固板組成；其中?？蛏献o板與側護板之間交接處、?？騻茸o板與?？虻装逯g交接處均采用齒形結合，并留有齒縫間隙，齒形結合外側分別利用模框上部緊固板、?？蛳虏烤o固板進行密封固定。

上述的臥式多角度礦山開采平面相似模擬實驗裝置中，所述的提升裝置包括電動機、提升繩、導向輪、?？蛱嵘篆h(huán)，所述的導向輪固定于實驗架頂部，?？蛱嵘篆h(huán)設置于填模裝置的上部，提升繩一端與電動機輸出端相連，另一端經導向輪與?？蛱嵘篆h(huán)相連。

上述的臥式多角度礦山開采平面相似模擬實驗裝置中，還包括一固定索，固定索的一端固定于實驗架頂梁上，另一端固定于填模裝置上部。

一種臥式多角度礦山開采平面相似模擬實驗裝置的實驗方法，包括以下步驟：（1）通過提升裝置將?？蜓b置放平；（2）在平放的模框底部邊框處安裝鋼化玻璃板；（3）在?？騼劝惭b分層模板；（4）進行分層相似材料的裝填及壓實；（5）裝填完畢后，待相似材料凝固好；（6）通過提升裝置將?？蛱嵘⑵鹬霖Q直；（7）通過固定索將?？蚬潭ㄔ趯嶒灱苌希唬?）待模型自然風干至相似材料強度穩(wěn)定后，依次將鋼化玻璃板、?？蛏喜烤o固板、?？蛳虏烤o固板拆除；（9）根據所需荷載大小對相似模型進行豎向及橫向加載，進行相應的相似實驗。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明通過將填模裝置平放進行相似材料的分層裝填并壓實，可以使裝填步驟更加簡便安全，工作量小。而且通過分層模板與底邊成不同的角度的裝設，可分層裝填任意傾角煤、巖層的模模型進行模擬實驗。本發(fā)明中的提升裝置靈活性較大，可以采用實際需要選用小絞車、小型提升電動機、電或手提葫蘆等提升設備。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明的實施圖主視圖。

圖3為本發(fā)明的實施圖左視圖。

圖4為本發(fā)明的實施圖俯視圖。

附圖中的說明：

1——架頂提升導向輪，2——提升支撐柱，3——提升支撐斜柱，4——豎向加載千斤頂，5——側向加載千斤頂，6——實驗架，7——底座，8——豎向加載梁，9——側向加載梁，10——?？蛏献o板，11——?？騻茸o板，12——?？虻装?，13——合頁，14——固定索，15——提升繩，16——導向輪，17——?？蛏喜烤o固板，18——?？蛱嵘篆h(huán)，19——?？蛳虏烤o固板，20——鋼化玻璃板，21——螺釘，22——電動機，23——模板，24——已裝填的相似材料。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明進行進一步的詳細說明。

如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明包括加載裝置、填模裝置、提升裝置、固定裝置以及實驗架。其中加載裝置由豎向加載千斤頂4、豎向加載梁8、側向加載千斤頂5、側向加載梁9組成；所述的實驗架內側為長方形框，所述的填模裝置是由?？蛏献o板10、?？騻茸o板11、?？虻装?2、?？蛏喜烤o固板17、鋼化玻璃板20、模框下部緊固板19組成一個長方體結構，其中?？蛏献o板10與側護板11之間交接處、?？騻茸o板11與模框底板12之間交接處均采用齒形結合，并留有齒縫間隙，齒形結合外側分別利用模框上部緊固板17、?？蛳虏烤o固板19進行密封固定。用合頁將?？虻装?2與實驗架下端的底座7鉸接，所述的加載裝置固定在實驗架6內側，所述的提升裝置分別與實驗架和填模裝置的上端相連。所述的提升裝置包括電動機22、提升繩15、導向輪16、提升支撐柱2、提升支撐斜柱3、模框提升套環(huán)18，所述的導向輪16固定于實驗架6頂部，?？蛱嵘篆h(huán)18設置于填模裝置的上部，提升繩15一端與電動機22輸出端相連，另一端經導向輪16與?？蛱嵘篆h(huán)18相連。固定索14的一端固定于實驗架頂梁上，另一端固定于?？蛏献o板10上。

本發(fā)明的實施過程如下：首先對豎向加載千斤頂4、側向加載千斤頂5進行卸載，使豎向加載梁8、側向加載梁9與?？蛏献o板10、模框側護板11脫離一定間隙；然后安裝?？蛏喜烤o固板17、?？蛳虏烤o固板19；下一步將固定索14從實驗架6頂梁卸下；下一步將提升繩15綁在?？蛱嵘篆h(huán)18上，反向開啟提升電動機22將?？蚓従彿胖了剑幌乱徊綄摶ＡО?0安裝在?？虻撞窟吙蛱帲幌乱徊绞褂媚举|墊板對水平放倒的?？蜻M行襯墊；下一步將提升繩15從?？蛱嵘篆h(huán)18上卸下以便下一步工序的進行；下一步將符合實驗需要的預制模板23安裝在?？騼纫褬硕ㄎ恢锰?；下一步在水平?？騼冗M行相似材料的裝填，待該部分材料裝填完畢后達到一定程度的凝固后，卸下已安裝的模板，將下一塊模板安裝到標定位置處，然后進行另一種相似材料的裝填，以此循環(huán)至裝填完畢，待相似材料模型風干至一定程度后，將提升繩15再次綁在模框提升套環(huán)18上并開啟提升電動機22，將模框拉起至豎直位置為止；下一步將固定索14再次安裝在實驗架6頂梁上對?？蜻M行防倒固定；下一步將?？蛏喜烤o固板17、模框下部緊固板19再次拆下；下一步對豎向加載千斤頂4、側向加載千斤頂5進行預加載，使豎向加載梁8、側向加載梁9與模框上護板10、模框側護板11緊密接觸為止；下一步根據實驗需要對相似模型進行豎向、橫向加載。