一种保护层开采固-液-气耦合相似模拟装置及实验方法

1.本发明涉及煤炭开采实验设备技术领域，具体涉及一种保护层开采固-液-气耦合相似模拟装置及实验方法。


背景技术：

2.开采保护层是消除被保护层发生动力灾害的有效手段，目前开采保护层已经成为区域性防治措施的首选。在高瓦斯煤层的开采技术中，一般采用先采保护层进行瓦斯卸压抽采，再采被保护层。通过对上保护层开采，在上覆岩层移动以及通过钻孔对被保护层进行瓦斯抽采，有效地对被保护层煤层进行瓦斯卸压。
3.卸压开采是降低煤层地应力、增大煤层渗透性和提高瓦斯抽采效果的主要措施，经长期的理论研究和工程实践表明，保护层开采是提高煤层透气性和降低瓦斯灾害事故最有效的技术措施，保护层开采技术已在煤层群矿区进行了应用，但相关保护层开采技术理论基础研究仍滞后于工程应用。
4.因此，对保护层开采技术的煤层瓦斯理论进行系统深入的研究，可实现煤与瓦斯高效安全共采。
5.相似模拟实验是一种重要的科学研究手段，是在实验室内按相似原理制作与原型相似的模型，借助测试仪表观测模型内力学参数及其分布规律，利用在模型上研究的结果，借以推断原型中可能发生的力学现象以及岩体压力分布的规律，从而解决岩体工程生产中的实际问题。相似模拟实验可以综合考虑地下工程的结构与岩体特点，定性的反映现场工程岩体的变形破坏特征，与实地观测和理论研究相配合，合理地指导工程设计与施工，广泛 应用于采矿、岩土、水利、铁道等领域。
6.申请号为cn202210000066.5的专利申请提供了一种煤岩体固液耦合相似模拟实验装置，主要包括实验主体承载架、侧向承载架、第一加载机构、第二垂向加载机构、第三侧向加载机构、液压千斤顶、稳定支撑梁；由一个所述实验主体承载架、两个所述侧向承载架、一个所述第一加载机构、一个所述第二垂向加载机构、两个所述第三侧向加载机构、两个所述液压千斤顶、一根所述稳定支撑梁组成所述的煤岩体固液耦合相似模拟实验装置。基于该实验装置，可以实现对煤层与岩层组合体进行固液耦合实验，解决了传统实验装置不能对水压、矿山压力进行调节的难题。
7.虽然该技术在一定程度上提高了实验效果，但是存在一些问题。第一，单个实验装置尺寸固定，针对不同的实验情况需准备多个设备，占用空间且造成资源浪费；第二，配料装载多为人工操作，工作量大；第三，配料装载过程中不易找平，影响实验效果；第四、实验监测不全面，存在监测盲区；第五、瓦斯及水渗透实验操作不变，影响实验效果；第六、实验室瓦斯容易泄漏存在安全隐患。
8.综上所述，对现有装置进行改进是有必要的。


技术实现要素：

9.针对现有技术所存在的不足，本发明提供了一种保护层开采固-液-气耦合相似模拟装置及实验方法，能够全面解决不同实验的多尺寸要求、配料装载作业复杂、监测及实验效果不佳等问题。
10.为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：第一方面，本技术公开了一种保护层开采固-液-气耦合相似模拟装置，包括底座,所述底座一侧设有收纳座，所述底座和收纳座两侧设有移动架轮，所述底座和收纳座上远离彼此的端部分别设有u型钢槽，所述u型钢槽上设有固定座，u型钢槽的上方两侧分别活动设置有能够相互接近或远离的夹持板，所述夹持板之间设有u型钢座，所述u型钢座上安装有卡板，所述卡板上放置有底板架，所述u型钢座上依次向上安装有u型钢模块，所述u型钢模块两侧对称设有封板；所述封板内侧设有模拟模块，所述模拟模块底部设有模拟煤层，所述模拟煤层上方设有模拟奥灰岩层，所述模拟奥灰岩层上方设有模拟渗水层，所述模拟煤层中密布有传感器，所述传感器包括瓦斯浓度感应传感器、应力感应传感器和温湿度感应传感器，所述模拟煤层中设有若干瓦斯管道，所述瓦斯管道为正弦波形状，相邻所述瓦斯管道之间相位角为90
°
，所述模拟渗水层中设有奥灰岩渗水带；所述底座上方两侧分别设有一组升降滑架，所述升降滑架之间设有横杆，两侧的两组升降滑架之间设有横向滑架，横向滑架的两端分别连接一所述横杆的侧部；所述横向滑架底部设有压打架，所述压打架中设有输料道，所述压打架外接输料管，所述横杆下部连接有电动伸缩架，所述电动伸缩架下部安装有激光找平器。
11.进一步地，所述模拟模块两侧设有密封侧板，所述密封侧板后方设有多组密封滑轨座，最上部的所述密封滑轨座中间位置设有轨插口，所述模拟模块上部设有密封顶板，所述密封顶板两侧对称设有顶插口，所述模拟模块前后两侧对称安装有多组蜂窝式密封横透明板，所述蜂窝式密封横透明板最底部设有密封底板，所述蜂窝式密封横透明板包括蜂窝横板体，所述蜂窝横板体两侧设有蜂窝横板滑架，所述蜂窝横板体上均匀设有挖门，所述挖门与所述蜂窝横板体之间通过门转轴连接，所述挖门前部设有拉手架，所述挖门后部设有第一磁性门吸，所述挖门后方设有挖口，所述挖口右侧设有第二磁性门吸。
12.进一步地，所述底座两侧对称设有轮滑架，所述轮滑架上部设有第一驱动电机，所述轮滑架内部设有滑板架，所述滑板架下部安装所述移动架轮，所述底座与收纳座之间嵌套设置且能够相对滑动；所述底座内壁上固定安装有第二驱动电机，所述第二驱动电机输出端设有第一丝杆，所述第一丝杆上滑动连接有滑架，所述滑架前端固定连接所述收纳座的内壁。
13.进一步地，所述升降滑架内侧设有升降滑轨，每组所述升降滑架内侧均匀设置密封滑轨，所述升降滑轨中滑动连接所述横杆，所述横向滑架下部滑动连接有液压伸缩架，所述横向滑架一侧设有第五驱动电机。
14.进一步地，所述u型钢槽上安装所述固定座，所述固定座上部设有夹持滑轨，所述固定座中间设有固定口；所述固定座上部设有第三驱动电机，所述第三驱动电机输出端连接有第二丝杆，所述夹持板一侧设有夹持滑块板，所述夹持滑块板中间位置贯穿所述第二丝杆。
15.进一步地，所述升降滑架顶端设有第四驱动电机，所述第四驱动电机输出端设有第三丝杆，所述第三丝杆上套接所述横杆。
16.进一步地，所述u型钢座一侧通过第一螺栓与固定座固定连接，所述u型钢座上设有卡板，所述卡板通过第二螺栓与u型钢座固定连接。
17.进一步地，所述底板架通过第三螺栓与u型钢座固定连接，所述u型钢模块通过侧部的第四螺栓与u型钢座固定连接，所述封板之间通过第五螺栓固定连接。
18.进一步地，所述瓦斯管道两侧外端设有瓦斯流量计，所述奥灰岩渗水带中设有传输管，所述奥灰岩渗水带底部设有渗水管。
19.第二方面，本技术公开了一种基于第一方面任一项所述的保护层开采固-液-气耦合相似模拟装置的实验方法，包括以下步骤：根据实验需求调整收纳座，控制底座和收纳座横向长度；根据实验需求将u型钢座安装在底座上部；将卡板安装在u型钢座上，接着将底板架安装在u型钢座上；在u型钢座两侧加装封板；通过压打架逐层铺设实验材料形成模拟模块，人工进行辅助铺设，激光找平器实时检测材料是否铺设平整，压打架打压材料将材料铺设平整,依次形成模拟煤层、模拟奥灰岩层和模拟渗水层；在模拟模块中放置传感器，以模拟模块左下角为坐标原点o设置坐标轴，传感器坐标点（x,y），根据以下公式进行计算：x=；y=；其中，x表示传感器坐标点横坐标；y表示传感器坐标点纵坐标；n表示传感器横向排数；m表示传感器纵向排数；r表示传感器感应半径；逐层加装u型钢模块、封板，根据实验需求逐层铺设材料，重复以上作业；风干凝固后，进行开采相似模拟实验。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果为：1.实验装置尺寸可变，使用不同的实验需求。本发明通过收纳座伸缩实现横向尺寸的变化，同时选择需求宽度的u型钢插入u型钢槽进行安装固定，以此实现根据不同的实验需求变更实验装置尺寸的目的，减少设备的占用空间，降低成本。
21.2.自动化配料装载，提高效率。本发明通过压打架及输料管实现自动化实验配料装载的目的，且激光找平器在配料装载过程中实时检测配料是否平整，通过压打架进行调整，提高配料装载效果。
22.3.模块化安装，便捷拆装。本发明通过u型钢槽、u型钢座及封板对相似模拟实验装置进行模块化安装，提高拆装的便捷性。
23.4、全方位检测实验进程。本发明通过密布式的多种传感器，且根据传感器的检测半径在模拟模块中按规律布置传感器，实现全方位无死角检测实验进程，提高模拟效果。
24.5.便捷瓦斯及水渗透实验。本发明通过多组瓦斯管道及模拟渗水层实现便捷的模拟瓦斯及水渗透实验。
25.6.密封模拟模块，防止瓦斯泄漏。本发明通过密封滑轨座、密封顶板、密封侧板、蜂窝式密封横透明板和密封底板密封模拟模块，同时蜂窝式密封横透明板上的挖门及挖口实现实验分段式挖掘实验而不影响整体的密封效果，防止瓦斯泄漏。
附图说明
26.图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的主视图；图3是本发明的右视图；图4是本发明底座的局部结构示意图；图5是本发明的底座结构示意图；图6是本发明的底座局部剖视图；图7是本发明加装中设备的结构示意图；图8为图7中a处的放大图；图9为图7中b处的放大图；图10是本发明的u型钢模块结构示意图；图11是本发明的封板结构示意图；图12是本发明装载完毕后的结构示意图；图13是本发明装载完毕后结构的主视图；图14是本发明装载完毕后结构的右视图；图15是本发明u型钢模块、封板安装完毕后的结构示意图；图16是本发明模拟模块剖视图；图17是本发明模拟模块感应器安装模拟图；图18是本发明模拟模块侧部密封结构示意图；图19是本发明模拟模块密封结构示意图；图20是本发明蜂窝式密封横透明板结构示意图；图21是本发明模拟模块密封结构装配图。
27.图中：1、底座；2、轮滑架；3、第一驱动电机；4、滑板架；5、移动架轮；6、收纳座；7、控制器；8、第二驱动电机；9、u型钢槽；10、升降滑架；11、固定座；12、第三驱动电机；13、夹持板；14、第四驱动电机；15、横杆；16、电动伸缩架；17、激光找平器；18、横向滑架；19、液压伸缩架；20、压打架；21、输料管；22、第五驱动电机；23、u型钢座；24、第一螺栓；25、卡板；26、第二螺栓；27、底板架；28、第三螺栓；29、u型钢模块；30、第四螺栓；31、封板；32、第五螺栓；33、模拟模块；34、瓦斯管道；35、瓦斯流量计；36、瓦斯浓度感应传感器；37、应力感应传感器；38、温湿度感应传感器；39、奥灰岩渗水带；40、密封滑轨座；41、密封顶板；42、密封侧板；43、蜂窝式密封横透明板；44、密封底板；81、第一丝杆；82、滑架；101、升降滑轨；102、密封滑轨；111、夹持滑轨；112、固定口；121、第二丝杆；131、夹持滑块板；141、第三丝杆；201、输料道；331、模拟煤层；332、模拟奥灰岩层；333、模拟渗水层；391、传输管；392、渗水管；401、轨插口；411、顶插口；431、蜂窝横板体；432、蜂窝横板滑架；433、挖门；434、门转轴；435、拉手架；436、第一磁性门吸；437、挖口；438、第二磁性门吸；x、传感器坐标点横坐标；y、传感器坐标点纵坐标；r、传感器感应半径；o、模拟模块左下角为坐标原点；n、传感器横向排数；m、传感
器纵向排数。
具体实施方式
28.以下结合附图对本发明做进一步描述：
实施例1
29.如附图1至附图3所示，本发明的一个实施例中，保护层开采固-液-气耦合相似模拟装置，包括底座1,所述底座1一侧设有收纳座6，所述底座1与收纳座6之间嵌套设置且能够相对滑动，所述底座1和收纳座6两侧底部设有移动架轮5，且两者上部设有升降滑架10，所述升降滑架10之间设有横杆15，所述横杆15侧部设有横向滑架18，所述横向滑架18底部设有压打架20，所述压打架20中设有输料道201，所述压打架20外接输料管21。
30.如附图4及附图7至附图9所示，底座1一侧设有收纳座6，所述底座1和收纳座6两侧设有移动架轮5，所述底座1和收纳座6上远离彼此的端部分别设有u型钢槽9，所述u型钢槽9上设有固定座11，u型钢槽9的上方两侧分别活动设置有能够相互接近或远离的夹持板13，所述夹持板13一侧设有夹持滑块板131，所述夹持滑块板131中间位置贯穿第二丝杆121，所述夹持板13之间设有u型钢座23，所述u型钢座23上安装有卡板25，所述卡板25上放置有底板架27，所述u型钢座23上依次向上安装有u型钢模块29。
31.如附图5至附图6所示，所述底座1内部设有第二驱动电机8，所述第二驱动电机8输出端设有第一丝杆81，所述第一丝杆81上滑动连接有滑架82，所述滑架82前端固定连接有收纳座6，所述底座1上部设有控制器7。
32.如附图10至附图15所示，所述升降滑架10顶端设有第四驱动电机14，所述第四驱动电机14输出端设有第三丝杆141，所述第三丝杆141上套接有横杆15；所述u型钢座23一侧通过第一螺栓24与固定座11固定连接，所述u型钢座23上设有卡板25，所述卡板25通过第二螺栓26与u型钢座23固定连接；底板架27通过第三螺栓28与u型钢座23固定连接，所述u型钢模块29通过侧部的第四螺栓30与u型钢座23固定连接，所述封板31之间通过第五螺栓32固定连接。
33.本实例中，如附图10所示，通过第三螺栓28将底板架27安装在u型钢座23上，在u型钢座23两侧加装封板31，通过压打架20逐层铺设实验材料，人工进行辅助铺设，激光找平器17实时检测材料是否铺设平整，液压伸缩架19带动压打架20打压材料将材料铺设平整，逐层加装u型钢模块29、封板31，根据实验需求逐层铺设材料，重复以上作业，铺设完料后，进行开采相似模拟实验。
34.进一步地，升降滑架10内侧设有升降滑轨101，每组升降滑架10内侧均匀设置密封滑轨102，升降滑轨101中滑动连接横杆15，横向滑架18下部滑动连接有液压伸缩架19，横向滑架18一侧设有第五驱动电机22。
35.进一步地，u型钢槽9上安装固定座11，固定座11上部设有夹持滑轨111，固定座11中间设有固定口112；固定座11上部设有第三驱动电机12，第三驱动电机12输出端连接有第二丝杆121，夹持板13一侧设有夹持滑块板131，夹持滑块板131中间位置贯穿有第二丝杆121。
实施例2
36.在实施例1的基础上，如附图16至附图21所示，本发明的一个实施例中，具体的：结合如附图16、附图17所示，所述封板31内侧设有模拟模块33，所述模拟模块33底部设有模拟煤层331，所述模拟煤层331上方设有模拟奥灰岩层332，所述模拟奥灰岩层332上方设有模拟渗水层333，所述模拟煤层331中密布有瓦斯浓度感应传感器36、应力感应传感器37和温湿度感应传感器38，瓦斯浓度感应传感器36、应力感应传感器37和温湿度感应传感器38d放入感应半径值均需要满足工作范围，以图17所示的瓦斯浓度感应传感器36为例，传感器感应半径为r，通过本技术的布置形式可使其完全覆盖工作范围，同样的应力感应传感器37和温湿度感应传感器38感应半径值也能够完全覆盖工作范围。
37.所述模拟煤层331中设有瓦斯管道34，所述模拟渗水层333中设有奥灰岩渗水带39；所述瓦斯管道34两侧外端设有瓦斯流量计35，所述奥灰岩渗水带39中设有传输管391，所述奥灰岩渗水带39底部设有渗水管392。
38.结合图18、附图19和附图21所示，所述模拟模块33两侧设有密封侧板42，所述密封侧板42后方设有多组密封滑轨座40，所述最上部的密封滑轨座40中间位置设有轨插口401，所述模拟模块33上部设有密封顶板41，所述密封顶板41两侧对称设有顶插口411，所述模拟模块33前后两侧对称安装有多组蜂窝式密封横透明板43，所述蜂窝式密封横透明板43最底部设有密封底板44；结合图20所示，所述蜂窝式密封横透明板43包括蜂窝横板体431，所述蜂窝横板体431两侧设有蜂窝横板滑架432，所述蜂窝横板体431上均匀设有挖门433，所述挖门433与所述蜂窝横板体431之间通过门转轴434连接，所述挖门433前部设有拉手架435，所述挖门433后部设有第一磁性门吸436，所述挖门433后方设有挖口437，所述挖口437右侧设有第二磁性门吸438。
39.本实施例中，在进行模拟实验前，将封板31拆除，通过密封滑轨座40、密封顶板41、密封侧板42、蜂窝式密封横透明板43和密封底板44密封模拟模块33。
40.进一步的，在密封时，将密封滑轨座40沿着密封滑轨102插入升降滑架10，从模拟模块33侧部沿着轨插口401将密封顶板41插入移动到模拟模块33上方，然后将密封侧板42沿着顶插口411插入移动到模拟模块33两侧，最后将多组蜂窝式密封横透明板43沿着密封滑轨座40移动到模拟模块33前后两侧，依次将模拟模块33密封起来。
41.进一步的，进行开采相似模拟实验时，向瓦斯管道34两侧注入瓦斯，通过瓦斯流量计35实时检测瓦斯注入量，与瓦斯浓度感应传感器36联动监测模拟实验进行中瓦斯泄漏情况。
42.进一步的，通过奥灰岩渗水带39底部的渗水管392向模拟渗水层333中注水，温湿度感应传感器38实时感应模拟煤层331中温度及渗水情况。
43.本发明在使用前，将装置移动到合适的水平位置。
44.第二驱动电机8启动，第一丝杆81转动，第一丝杆81带动滑架82往后移动，滑架82带动收纳座6往底座1中移动，以此根据实验需求调整收纳座6，控制底座1和收纳座6横向长度，接着根据实验需求将合适的u型钢座23安装在底座1上部，u型钢座23插入u型钢槽9中，通过第一螺栓24将u型钢座23与固定座11固定连接，第三驱动电机12同步启动，带动夹持板13将u型钢座23夹住，通过第二螺栓26将卡板25安装在u型钢座23上。
45.接着通过第三螺栓28将底板架27安装在u型钢座23上，在u型钢座23两侧加装封板31，通过压打架20辅助，人工逐层铺设实验材料，激光找平器17实时检测材料是否铺设平整，液压伸缩架19带动压打架20打压材料将材料铺设平整，在铺设过程中瓦斯浓度感应传感器36、应力感应传感器37和温湿度感应传感器38按照各自的感应半径r测算出布置的位置坐标点,n表示传感器横向排数；m表示传感器纵向排数。同时安装三组瓦斯管道34和瓦斯流量计35，相邻瓦斯管道34之间的相位角为90
°
，逐层加装u型钢模块29、封板31，根据实验需求逐层铺设材料，重复以上作业，铺设完料后，进行风干凝固。
46.进行开采相似模拟实验前将封板31拆除，接着需对模拟模块33进行密封，防止实验过程中瓦斯泄漏。在密封时，先将多组密封滑轨座40按图21中所示进行安装，且密封滑轨座40插入密封滑轨102中，密封顶板41穿过轨插口401，密封侧板42穿过顶插口411，最后将多组蜂窝式密封横透明板43沿着密封滑轨座40滑入到最内部，以此实现对模拟模块33的密封目的。
47.进行开采相似模拟实验时，向瓦斯管道34两侧注入瓦斯，同时传输管391注水，在模拟挖掘时，打开需要挖掘位置的挖门433进行挖掘。
48.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
49.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种保护层开采固-液-气耦合相似模拟装置，包括底座（1）,其特征在于：所述底座（1）一侧设有收纳座（6），所述底座（1）和收纳座（6）两侧设有移动架轮（5），所述底座（1）和收纳座（6）上远离彼此的端部分别设有u型钢槽（9），所述u型钢槽（9）上设有固定座（11），u型钢槽（9）的上方两侧分别活动设置有能够相互接近或远离的夹持板（13），所述夹持板（13）之间设有u型钢座（23），所述u型钢座（23）上安装有卡板（25），所述卡板（25）上放置有底板架（27），所述u型钢座（23）上依次向上安装有u型钢模块（29），所述u型钢模块（29）两侧对称设有封板（31）；所述封板（31）内侧设有模拟模块（33），所述模拟模块（33）底部设有模拟煤层（331），所述模拟煤层（331）上方设有模拟奥灰岩层（332），所述模拟奥灰岩层（332）上方设有模拟渗水层（333），所述模拟煤层（331）中密布有传感器，所述传感器包括瓦斯浓度感应传感器（36）、应力感应传感器（37）和温湿度感应传感器（38），所述模拟煤层（331）中设有若干瓦斯管道（34），所述瓦斯管道（34）为正弦波形状，相邻所述瓦斯管道（34）之间相位角为90
°
，所述模拟渗水层（333）中设有奥灰岩渗水带（39）；所述底座（1）上方两侧分别设有一组升降滑架（10），所述升降滑架（10）之间设有横杆（15），两侧的两组升降滑架（10）之间设有横向滑架（18），横向滑架（18）的两端分别连接一所述横杆（15）的侧部；所述横向滑架（18）底部设有压打架（20），所述压打架（20）中设有输料道（201），所述压打架（20）外接输料管（21），所述横杆（15）下部连接有电动伸缩架（16），所述电动伸缩架（16）下部安装有激光找平器（17）。2.根据权利要求1所述的护层开采固-液-气耦合相似模拟装置，其特征在于：所述模拟模块（33）两侧设有密封侧板（42），所述密封侧板（42）后方设有多组密封滑轨座（40），最上部的所述密封滑轨座（40）中间位置设有轨插口（401），所述模拟模块（33）上部设有密封顶板（41），所述密封顶板（41）两侧对称设有顶插口（411），所述模拟模块（33）前后两侧对称安装有多组蜂窝式密封横透明板（43），所述蜂窝式密封横透明板（43）最底部设有密封底板（44），所述蜂窝式密封横透明板（43）包括蜂窝横板体（431），所述蜂窝横板体（431）两侧设有蜂窝横板滑架（432），所述蜂窝横板体（431）上均匀设有挖门（433），所述挖门（433）与所述蜂窝横板体（431）之间通过门转轴（434）连接，所述挖门（433）前部设有拉手架（435），所述挖门（433）后部设有第一磁性门吸（436），所述挖门（433）后方设有挖口（437），所述挖口（437）右侧设有第二磁性门吸（438）。3.根据权利要求1所述的保护层开采固-液-气耦合相似模拟装置，其特征在于，所述底座（1）两侧对称设有轮滑架（2），所述轮滑架（2）上部设有第一驱动电机（3），所述轮滑架（2）内部设有滑板架（4），所述滑板架（4）下部安装所述移动架轮（5），所述底座（1）与收纳座（6）之间嵌套设置且能够相对滑动；所述底座（1）内壁上固定安装有第二驱动电机（8），所述第二驱动电机（8）输出端设有第一丝杆（81），所述第一丝杆（81）上滑动连接有滑架（82），所述滑架（82）前端固定连接所述收纳座（6）的内壁。4.根据权利要求1所述的保护层开采固-液-气耦合相似模拟装置，其特征在于，所述升降滑架（10）内侧设有升降滑轨（101），每组所述升降滑架（10）内侧均匀设置密封滑轨（102），所述升降滑轨（101）中滑动连接所述横杆（15），所述横向滑架（18）下部滑动连接有液压伸缩架（19），所述横向滑架（18）一侧设有第五驱动电机（22）。5.根据权利要求1所述的保护层开采固-液-气耦合相似模拟装置，其特征在于，所述u
型钢槽（9）上安装所述固定座（11），所述固定座（11）上部设有夹持滑轨（111），所述固定座（11）中间设有固定口（112）；所述固定座（11）上部设有第三驱动电机（12），所述第三驱动电机（12）输出端连接有第二丝杆（121），所述夹持板（13）一侧设有夹持滑块板（131），所述夹持滑块板（131）中间位置贯穿所述第二丝杆（121）。6.根据权利要求1所述的保护层开采固-液-气耦合相似模拟装置，其特征在于，所述升降滑架（10）顶端设有第四驱动电机（14），所述第四驱动电机（14）输出端设有第三丝杆（141），所述第三丝杆（141）上套接所述横杆（15）。7.根据权利要求1所述的保护层开采固-液-气耦合相似模拟装置，其特征在于，所述u型钢座（23）一侧通过第一螺栓（24）与固定座（11）固定连接，所述u型钢座（23）上设有卡板（25），所述卡板（25）通过第二螺栓（26）与u型钢座（23）固定连接。8.根据权利要求1所述的保护层开采固-液-气耦合相似模拟装置，其特征在于，所述底板架（27）通过第三螺栓（28）与u型钢座（23）固定连接，所述u型钢模块（29）通过侧部的第四螺栓（30）与u型钢座（23）固定连接，所述封板（31）之间通过第五螺栓（32）固定连接。9.根据权利要求1所述的保护层开采固-液-气耦合相似模拟装置，其特征在于，所述瓦斯管道（34）两侧外端设有瓦斯流量计（35），所述奥灰岩渗水带（39）中设有传输管（391），所述奥灰岩渗水带（39）底部设有渗水管（392）。10.一种基于权利要求1-9任一项所述的保护层开采固-液-气耦合相似模拟装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：根据实验需求调整收纳座（6），控制底座（1）和收纳座（6）横向长度；根据实验需求将u型钢座（23）安装在底座（1）上部；将卡板（25）安装在u型钢座（23）上，接着将底板架（27）安装在u型钢座（23）上；在u型钢座（23）两侧加装封板（31）；通过压打架（20）逐层铺设实验材料形成模拟模块（33），人工进行辅助铺设，激光找平器（17）实时检测材料是否铺设平整，压打架（20）打压材料将材料铺设平整,依次形成模拟煤层（331）、模拟奥灰岩层（332）和模拟渗水层（333）；在模拟模块（33）中放置传感器，以模拟模块（33）左下角为坐标原点o设置坐标轴，传感器坐标点（x,y），根据以下公式进行计算：x=；y=；其中，x表示传感器坐标点横坐标；y表示传感器坐标点纵坐标；n表示传感器横向排数；m表示传感器纵向排数；r表示传感器感应半径；逐层加装u型钢模块（29）、封板（31），根据实验需求逐层铺设材料，重复以上作业；风干凝固后，进行开采相似模拟实验。

技术总结
本发明提供一种保护层开采固-液-气耦合相似模拟装置及实验方法，属于煤炭开采实验设备技术领域。装置中，底座和收纳座上设有U型钢槽，U型钢槽的上方两侧分别活动设置有能够相互接近或远离的夹持板，夹持板之间设有U型钢座。本发明通过收纳座伸缩实现装置横向尺寸变化，选择需求宽度的U型钢插入U型钢槽固定，根据不同的实验需求变更实验装置尺寸；通过压打架及输料管实现自动化配料装载的目的；通过U型钢槽、U型钢座及封板对实验装置进行模块化安装；通过密布式的多种传感器，实现全方位无死角检测实验进程；通过多组瓦斯管道及模拟渗水层实现便捷的模拟瓦斯及水渗透实验。水层实现便捷的模拟瓦斯及水渗透实验。水层实现便捷的模拟瓦斯及水渗透实验。


技术研发人员：杨建坤 王海锋 陈江 张佳乐 郭彦 赵晨光 刘孝刚 任天威 李天棚 曹腾跃
受保护的技术使用者：中国矿业大学 江苏国能深井安全开采科技有限公司 新疆库车县夏阔坦矿业开发有限责任公司
技术研发日：2023.09.04
技术公布日：2023/10/11