煤系褶皱形成模拟试验装置及背斜、向斜模拟试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种煤系褶皱形成模拟试验装置及背斜、向斜模拟试验方法，属于煤层模拟开采技术领域。模拟试验装置包括加载框、试验箱、侧部加载机构、褶皱凸起控制机构及位置控制器，褶皱凸起控制机构包括液压升降机构和应力控制器，液压升降机构设置有两组，其中一组位于试验箱的上加载板与顶板之间，另一组位于试验箱的下加载板与底座之间，在试验箱的两侧分别设置有一个侧部加载机构，通过侧部加载机构对试验箱施加侧向应力，位于底座上的液压升降机构的上方设置滑动轨道，试验箱的两侧的加载板可沿着滑动轨道左右滑动。本发明专利技术试验装置可完成背斜和/或向斜的模拟，也可以实现对褶皱起伏程度和褶皱发生位置的灵活控制。皱起伏程度和褶皱发生位置的灵活控制。皱起伏程度和褶皱发生位置的灵活控制。

【技术实现步骤摘要】
煤系褶皱形成模拟试验装置及背斜、向斜模拟试验方法


[0001]本专利技术涉及煤层模拟开采
，具体涉及一种煤系褶皱形成模拟试验装置及试验方法。

技术介绍

[0002]构造物理模拟实验是研究地质构造的一种重要而且有效的方法，是地质工作者研究地层变形过程和褶皱形成机制的重要手段。目前，地质构造模拟中所用的构造模拟实验装置是根据相似性原理，通过运动或力来控制实验模型进行变形实验，通过在砂箱内铺设多层不同目数的实验材料来模拟构造形成过程，研究地质构造的成因和演化机理，对地质构造的成因进行定性和定量分析。
[0003]申请号201720728517.1公开了一种适用于褶皱地质构造下开采的模拟实验装置，包括可旋转模型底座、安装板、模型架、支撑板和滑轮牵引机构，模型架水平设置在支撑板上方，安装板固定在模型架右侧，可旋转模型底座转动安装在安装板上，模型架内从右至左依次设有煤层底板、煤层、第一褶皱层、第二褶皱层、第三褶皱层、第四褶皱层、第五褶皱层、第六褶皱层和第七褶皱层，滑轮牵引机构包括滑轮组和牵引链，滑轮组安装在位于其上方的固定基座上，滑轮组通过连接绳与模型架连接，牵引链一端与滑轮组连接，牵引链另一端绕过滑轮。该实验装置虽然解决了无法模拟褶皱下开采的技术问题；然而，这一模拟装置无法得出褶皱形成过程中岩层的应力变化情况，并且无法模拟岩层所在地层位置。
[0004]结合上述可知，现有技术中缺少褶皱形成模拟试验装置以及利用该试验装置模拟背斜和/或向斜的试验方法。
[0005]为此，亟需研究一套完整的模拟试验装置及试验方法来充分体现含煤层褶皱的形成过程以及模拟含煤褶皱的煤层的开采。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一在于提供一种煤系褶皱形成模拟试验装置，在该试验装置中既可以单独模拟背斜的形成，也可以单独模拟向斜的形成，或者还可以同时模拟背斜和向斜的形成，也就是说，本专利技术试验装置无需对其进行更换，即可完成背斜和/或向斜的模拟；并且可以实现对褶皱起伏程度和褶皱发生位置的灵活控制。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0008]一种煤系褶皱形成模拟试验装置，其包括加载框和试验箱，所述的加载框包括底座、位于底座两端的两根支撑板及连接在两根支撑板顶端的顶板，所述的试验箱位于所述的加载框内；
[0009]还包括褶皱凸起控制机构，所述的褶皱凸起控制机构包括液压升降机构和应力控制器，所述的液压升降机构设置有两组，其中一组位于所述的试验箱的上加载板与顶板之间，另一组位于所述的试验箱的下加载板与底座之间，其中，每组液压升降机构由若干根液压伸缩杆组成，每根液压伸缩杆包括液压杆本体、伸缩杆本体、托板及感应器，所述的伸缩
杆本体连接在所述的液压杆本体的上端，并且可上下伸缩运动，所述的托板位于所述的伸缩杆本体的顶端，所述的感应器位于所述的托板上；
[0010]在所述的试验箱的两侧分别设置有一个侧部加载机构，每个侧部加载机构的一端紧贴试验箱的侧壁，另一端固定在试验箱相对侧的支撑板上，通过试验箱两侧的侧部加载机构施加侧向应力；
[0011]所述的应力控制器设置有两个，分别为第一应力控制器和第二应力控制器，所述的第一应力控制器设置在底座的一端，所述的第一应力控制器与位于底座上的液压升降机构连接，用于监测岩层深度，在所述的底座的另一端还设置有位置控制器，所述的位置控制器与位于底座上的液压升降机构连接；所述的第二应力控制器设置在所述的支撑板上，用于监测岩层所处地质构造程度；
[0012]位于底座上的液压升降机构的上方设置有滑动轨道，试验箱的两侧的加载板位于所述的滑动轨道内，且可沿着所述的滑动轨道进行左、右滑动。
[0013]上述技术方案直接带来的有益技术效果为：
[0014]通过设置褶皱凸起控制装置，即位于试验箱顶面和底面的液压升降机构，通过控制器调节应力传感器使液压升降机构上下运动来形成背斜和/或向斜，液压升降机构配合应力控制器、试验箱、侧部加载机构、滑动轨道来形成一套完整的模拟体系结构，可充分体现含煤层褶皱的形成过程以及模拟含煤褶皱的煤层的开采。
[0015]更为关键的是，上述技术方案通过各个部件的相互配合，可以模拟向斜或背斜，亦可同时模拟向斜和背斜。
[0016]作为本专利技术的一个优选方案，所述的试验箱包括上下加载板、左右加载板及前、后面板，所述的前、后面板均为可透视玻璃材质制成，所述的前板是由若干块水平板从下而上依次安装组成，在所述的试验箱内铺设多层不同目数的相似材料。
[0017]作为本专利技术的另一个优选方案，侧部加载机构包括液压缸及侧部加载板，所述的侧部加载板在加载过程中紧贴试验箱的左、右侧的加载板。
[0018]进一步优选，所述的试验箱内相似材料的铺设过程中，每层相似材料之间铺设有应力传感器。
[0019]本专利技术的另一目的在于提供一种煤系褶皱形成背斜的模拟试验方法，其采用上述的煤系褶皱形成模拟试验装置，所述的试验方法包括以下步骤：
[0020]a、确定相关参数
[0021]包括褶皱的形成位置、试验体所模拟的地层深度的岩层；
[0022]b、将试验箱的左右加载板固定好，并且固定好后面板，从下向上依次固定位于试验箱前面的水平板，每固定好一块水平板后，在试验箱内随之铺设一层相似材料，相邻层通过采用不同的材料进行分层，并在模拟煤岩层之间逐层铺设应力传感器；
[0023]c、通过侧部加载机构对试验箱进行加载，通过调节侧部加载机构施加应力的大小，来模拟试验体所受到的地质构造发生时所产生的应力，以实现不同地质构造时期煤岩的形成状态；
[0024]d、通过褶皱凸起控制机构调节应力传感器，形成背斜，并观测背斜的形成过程；
[0025]e、在背斜形成后，将试验箱的后面板拆卸，结合理论知识开展研究。
[0026]上述技术方案是通过利用煤系褶皱形成模拟试验装置来模拟背斜的形成。
[0027]进一步的，步骤d中，通过位于试验箱的上、下液压升降机构中的伸缩杆本体的上下伸缩，调节应力传感器形成背斜。
[0028]一种煤系褶皱形成向斜的模拟试验方法，包括以下步骤：
[0029]a、确定相关参数
[0030]包括褶皱的形成位置、试验体所模拟的地层深度的岩层；
[0031]b、将试验箱的左右加载板固定好，并且固定好后面板，从下向上依次固定位于试验箱前面的水平板，每固定好一块水平板后，在试验箱内随之铺设一层相似材料，相邻层通过采用不同的材料进行分层，并在模拟煤岩层之间逐层铺设应力传感器；
[0032]c、通过侧部加载机构对试验箱进行加载，通过调节侧部加载机构施加应力的大小，来
[0033]模拟试验体所受到的地质构造发生时所产生的应力，以实现不同地质构造时期煤岩的形成状态；
[0034]d、通过褶皱凸起控制机构调节应力传感器，形成向斜，并观测向斜的形成过程；
[0035]e、在向斜形成后，将试验箱的后面板拆卸，结合理论知识开展研究。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤系褶皱形成模拟试验装置，其包括加载框和试验箱，所述的加载框包括底座、位于底座两端的两根支撑板及连接在两根支撑板顶端的顶板，所述的试验箱位于所述的加载框内，其特征在于：还包括褶皱凸起控制机构，所述的褶皱凸起控制机构包括液压升降机构和应力控制器，所述的液压升降机构设置有两组，其中一组位于所述的试验箱的上加载板与顶板之间，另一组位于所述的试验箱的下加载板与底座之间，其中，每组液压升降机构由若干根液压伸缩杆组成，每根液压伸缩杆包括液压杆本体、伸缩杆本体、托板及感应器，所述的伸缩杆本体连接在所述的液压杆本体的上端，并且可上下伸缩运动，所述的托板位于所述的伸缩杆本体的顶端，所述的感应器位于所述的托板上；在所述的试验箱的两侧分别设置有一个侧部加载机构，每个侧部加载机构的一端紧贴试验箱的侧壁，另一端固定在试验箱相对侧的支撑板上，通过试验箱两侧的侧部加载机构施加侧向应力；所述的应力控制器设置有两个，分别为第一应力控制器和第二应力控制器，所述的第一应力控制器设置在底座的一端，所述的第一应力控制器与位于底座上的液压升降机构连接，用于控制模拟岩层深度，在所述的底座的另一端还设置有位置控制器，所述的位置控制器与位于底座上的液压升降机构连接；所述的第二应力控制器设置在所述的支撑板上，用于控制模拟岩层所处地质构造程度；位于底座上的液压升降机构的上方设置有滑动轨道，试验箱的两侧的加载板位于所述的滑动轨道内，且可沿着所述的滑动轨道进行左、右滑动。2.根据权利要求1所述的一种煤系褶皱形成模拟试验装置，其特征在于：所述的试验箱包括上下加载板、左右加载板及前、后面板，所述的前、后面板均为可透视玻璃材质制成，所述的前板是由若干块水平板从下而上依次安装组成，在所述的试验箱内铺设多层不同目数的相似材料。3.根据权利要求1所述的一种煤系褶皱形成模拟试验装置，其特征在于：侧部加载机构包括液压缸及侧部加载板，所述的侧部加载板在加载过程中紧贴试验箱的左、右侧的加载板。4.根据权利要求1所述的一种煤系褶皱形成模拟试验装置，其特征在于：所述的试验箱内相似材料的铺设过程中，每层相似材料之间铺设有应力传感器。5.一种煤系褶皱形成背斜的模拟试验方法，其特征在于，其采用权利要求1～4任一项所述的煤系褶皱形成模拟试验装置，所述的试验方法包括以下步骤：a、确定相关参数包括褶皱的形成位置、试验体所模拟的地层深度的岩层；b、将试验箱的左右加载板固定好，并且固定好后面板，从下向上依次固定位于试验箱前面的水平板，每固定好一块水平板后，在试...

【专利技术属性】
技术研发人员：江宁，吕科，高志友，尹大伟，张继成，马俊彪，姚德浩，李法鑫，盛守前，丁屹松，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：