本申请公开了一种采空区模拟实验装置、使用方法及制造方法，属于模拟实验技术领域。该采空区模拟实验装置包括实验箱、塌陷控制设备、模拟管道、离心机和数据采集装置；实验箱悬挂在离心机上，实验箱的内部设置有采空区，塌陷控制设备位于采空区的内部且与离心机连接，实验箱用于模拟采空区所处环境，离心机用于为实验箱和塌陷控制设备提供动力，以控制实验箱内的采空区进行塌陷模拟；模拟管道埋在实验箱内的沙土中，且位于采空区的正上方，数据采集装置设置在模拟管道外壁，模拟管道用于模拟通过采空区的实体管道，数据采集装置用于采集采空区塌陷过程中模拟管道的受力情况。本申请通过模拟实验还原了实体管道形变过程，提高了管道研究准确性。道研究准确性。道研究准确性。
【技术实现步骤摘要】
采空区管道模拟装置、使用方法及制造方法
[0001]本申请涉及模拟实验
，特别涉及一种采空区管道模拟装置、使用方法及制造方法。
技术介绍
[0002]随着长距离输油或输气等埋地管道总里程、管网密度的大幅提升，管道不可避免地要通过一些矿山的采空区。采空区是指地下矿层被开采后形成的空间，由于采空区可能会因重力发生塌陷，通过采空区地段的管道可能会因采空区的塌陷发生弯曲变形、悬空、折断等情况，严重时可能会引发爆裂等灾害事故，对管道的安全运营构成隐患。因此，为了减少这些隐患带来的威胁，通常需要对埋在采空区的管道进行研究。
[0003]目前，对埋在采空区的管道进行模拟研究的方式主要包括对采空区管道力学特性进行研究的物理模拟实验方法、采用现场实测的方法对采空区的管道进行研究。
[0004]但是，在通过对采空区管道力学特性进行研究的物理模拟实验方法对采空区的管道进行研究时，通常是在常应力状态下通过小型物理模型进行试验研究。由于小型物理模型无法真实再现土体的真实应力状态以及采空区塌陷的时间跨度，导致试验结果和真实土体沉陷及管土相互作用情况相比存在较大差别，导致研究结果不准确。在通过现场实测的方式对采空区的管道进行研究时，需要在现场建立试验监测段，费时费力、周期长，且费用高。
技术实现思路
[0005]本申请提供了一种采空区管道模拟装置、使用方法及制造方法，可以解决相关技术中采空区塌陷模拟结果不准确，且费时费力、周期长的问题。所述技术方案如下：
[0006]一方面，提供了一种采空区模拟实验装置，所述采空区模拟实验装置包括实验箱、塌陷控制设备、模拟管道、离心机和数据采集装置；
[0007]所述实验箱悬挂在所述离心机上，所述实验箱的内部设置有采空区，所述塌陷控制设备位于所述采空区的内部且与所述离心机连接，所述实验箱用于模拟采空区所处环境，所述离心机用于为所述实验箱和所述塌陷控制设备提供动力，以控制所述实验箱内的采空区进行塌陷模拟；
[0008]所述模拟管道埋在所述实验箱内的沙土中，且位于所述采空区的正上方，所述数据采集装置设置在所述模拟管道外壁，所述模拟管道用于模拟通过所述采空区的实体管道，所述数据采集装置用于采集所述采空区塌陷过程中所述模拟管道的受力情况。
[0009]在一些实施例中，所述塌陷控制设备包括隔离板和升降装置；
[0010]所述隔离板位于所述采空区的正上方，所述隔离板用于隔离所述采空区与所述采空区上方的沙土；
[0011]所述升降装置位于所述采空区的内部且与所述离心机连接，所述升降装置用于在所述离心机提供的动力下控制所述隔离板升降，以进行采空区的塌陷模拟。
[0012]在一些实施例中，所述离心机包括悬梁臂和油泵装置；
[0013]所述实验箱悬挂在所述悬梁臂上，所述油泵装置与所述塌陷控制设备连接，所述悬梁臂用于在旋转时为所述实验箱提供动力，所述油泵装置用于为所述塌陷控制设备提供动力。
[0014]在一些实施例中，所述升降装置为液压升降柱或液压千斤顶，所述油泵装置包括液压油泵和输油管；
[0015]所述输油管的一端与所述液压油泵连接，所述输油管的另一端与所述液压升降柱或液压千斤顶连接，所述液压油泵用于通过所述输油管对所述液压升降柱或液压千斤顶提供升降动力。
[0016]在一些实施例中，所述数据采集装置包括至少一个应力传感器，所述至少一个应力传感器通过串联方式连接。
[0017]在一些实施例中，所述模拟管道两端密封，且所述模拟管道内填充有惰性气体。
[0018]在一些实施例中，所述惰性气体包括氮气、氦气或氩气。
[0019]另一方面，提供了一种如上述所述的采空区模拟实验装置的使用方法，所述方法包括：
[0020]所述离心机为所述实验箱和所述塌陷控制设备提供动力；
[0021]所述实验箱和所述塌陷控制设备在所述离心机提供的动力下进行采空区的塌陷模拟；
[0022]在所述实验箱和所述塌陷控制设备进行所述采空区的塌陷模拟的过程中，所述数据采集装置采集所述模拟管道的受力情况。
[0023]在一些实施例中，所述离心机包括悬梁臂和油泵装置，所述塌陷控制设备包括隔离板和升降装置；
[0024]所述离心机为所述实验箱和所述塌陷控制设备提供动力，包括：
[0025]控制所述悬梁臂进行旋转，并控制所述油泵装置为所述塌陷控制设备提供油液；
[0026]所述实验箱和所述塌陷控制设备在所述离心机提供的动力下进行采空区的塌陷模拟，包括：
[0027]所述实验箱在所述悬梁臂的带动下进行旋转，所述升降装置根据所述油泵装置提供的油液产生油压，并在所述油压带动下控制所述隔离板下降，以进行采空区的塌陷模拟。
[0028]在一些实施例中，所述控制所述油泵装置为所述塌陷控制设备提供油液，包括：
[0029]按照预设的所述升降装置的下降速度，从速度与输液量之间的对应关系中获取所述下降速度对应的输液量；
[0030]控制所述油泵装置为所述升降装置提供所述输液量大小的油液。
[0031]另一方面，提供了一种如上述所述的采空区模拟实验装置的制造方法，所述方法包括：
[0032]在向所述实验箱内均匀填充沙土的过程中，当填充的沙土的顶部与所述实验箱底部相距第一高度阈值时，停止填充沙土，并在所述实验箱的沙土中挖掘一个采空区；
[0033]在所述采空区内部放入所述塌陷控制设备，并将所述塌陷控制设备与所述离心机进行连接，并继续向所述实验箱填充沙土；
[0034]当填充的沙土的顶部与所述实验箱顶部相距第二高度阈值时，停止填充沙土，并
将所述模拟管道平铺在填充的沙土上，所述模拟管道位于所述采空区的正上方；
[0035]在所述模拟管道外壁安装所述数据采集装置，并继续向所述实验箱填充沙土，以使沙土将所述模拟管道覆盖；
[0036]将所述实验箱使用盖板进行封口，并将所述实验箱悬挂在所述离心机上。
[0037]在一些实施例中，所述塌陷控制设备包括隔离板和升降装置，所述离心机包括油泵装置；
[0038]所述在所述采空区内部放入所述塌陷控制设备，并将所述塌陷控制设备与所述离心机进行连接，包括：
[0039]将所述升降装置放置在所述采空区内部，并将所述升降装置与所述油泵装置连接；
[0040]在所述升降装置顶部放置隔离板，所述隔离板与所述采空区顶部齐平。
[0041]本申请提供的技术方案至少可以带来以下有益效果：
[0042]在本申请实施例中，由于实验箱中设置有采空区，且塌陷控制设备位于采空区的内部且与离心机连接，那么在实验箱悬挂于离心机上时，离心机可以为实验箱和塌陷控制设备提供动力，从而实验箱内的采空区可以进行塌陷模拟。由于模拟管道埋在实验箱内的沙土中，且位于采空区的正上方，数据采集装置设置在模拟管道外壁。因此，在实验箱内的采空区进行塌陷模拟时，模拟管道将会受到各种作用力，此时数据采集装置可以采集采空区本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种采空区模拟实验装置，其特征在于，所述采空区模拟实验装置包括实验箱、塌陷控制设备、模拟管道、离心机和数据采集装置；所述实验箱悬挂在所述离心机上，所述实验箱的内部设置有采空区，所述塌陷控制设备位于所述采空区的内部且与所述离心机连接，所述实验箱用于模拟采空区所处环境，所述离心机用于为所述实验箱和所述塌陷控制设备提供动力，以控制所述实验箱内的采空区进行塌陷模拟；所述模拟管道埋在所述实验箱内的沙土中，且位于所述采空区的正上方，所述数据采集装置设置在所述模拟管道外壁，所述模拟管道用于模拟通过所述采空区的实体管道，所述数据采集装置用于采集所述采空区塌陷过程中所述模拟管道的受力情况。2.如权利要求1所述的采空区模拟实验装置，其特征在于，所述塌陷控制设备包括隔离板和升降装置；所述隔离板位于所述采空区的正上方，所述隔离板用于隔离所述采空区与所述采空区上方的沙土；所述升降装置位于所述采空区的内部且与所述离心机连接，所述升降装置用于在所述离心机提供的动力下控制所述隔离板升降，以进行采空区的塌陷模拟。3.如权利要求2所述的采空区模拟实验装置，其特征在于，所述离心机包括悬梁臂和油泵装置；所述实验箱悬挂在所述悬梁臂上，所述油泵装置与所述塌陷控制设备连接，所述悬梁臂用于在旋转时为所述实验箱提供动力，所述油泵装置用于为所述塌陷控制设备提供动力。4.如权利要求3所述的采空区模拟实验装置，其特征在于，所述升降装置为液压升降柱或液压千斤顶，所述油泵装置包括液压油泵和输油管；所述输油管的一端与所述液压油泵连接，所述输油管的另一端与所述液压升降柱或液压千斤顶连接，所述液压油泵用于通过所述输油管对所述液压升降柱或液压千斤顶提供升降动力。5.如权利要求1所述的采空区模拟实验装置，其特征在于，所述数据采集装置包括至少一个应力传感器，所述至少一个应力传感器通过串联方式连接。6.如权利要求1所述的采空区模拟实验装置，其特征在于，所述模拟管道两端密封，且所述模拟管道内填充有惰性气体。7.如权利要求6所述的采空区模拟实验装置，其特征在于，所述惰性气体包括氮气、氦气或氩气。8.一种如权利要求1-7任一所述采空区模拟实验装置的使用方法，其特征在于，所述方法包括：所述离心机为所述实验箱和所述塌陷控制设备提供动力；所...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩冰，付强，侯韩芳，王春艳，于帆，张欣亮，
申请(专利权)人：中国标准化研究院，
类型：发明
国别省市：
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