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)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);
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),所述密封底板(44)两侧设有底板滑架(441);
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)。
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)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)上滑动连接有伸缩滑架(82),所述伸缩滑架(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)。
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)。
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。
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。
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)。
9.一种基于权利要求1‑8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=( /2)×R+(n‑1)×R;
Y=( /2)×R+(m‑1)×R;
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。