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专利摘要

本发明公开了一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置及工作方法，属于地质构造模拟领域。包括底座，底座上设有箱体，箱体包括提供水平挤压力装置以及倾斜向上挤压力装置；倾斜向上挤压力装置包括等腰梯形结构的箱体中部，箱体中部两侧设有与其等腰梯形结构匹配形成矩形结构的箱体侧部，箱体中部的等腰梯形结构斜边与箱体侧部之间通过第二滑轨活动连接，水平挤压力装置包括设置在箱体侧部两侧的箱体挡板，箱体挡板能够沿箱体侧部上设置的第一滑轨水平移动提供左右水平向的挤压力，本装置可对综采工作面复杂地质构造实现自动化模拟，演示工作面断裂和褶皱复杂地质构造，节省人力，方便操作。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
CN202211509795.X
申请日期:
2022-11-29
专利申请人:
中国矿业大学 ; 安徽理工大学
分类号:
G09B23/40
发明/设计人:
刘万里，王浩宇，葛世荣，杨科，王世博，慕梦强，王翔翔
权利要求: 1.一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置，其特征在于：包括底座(7)，底座(7)中间设有矩形结构的支撑台，支撑台上设有能够对内部安装的试验材料加载多种挤压力的箱体，箱体包括提供水平挤压力装置以及倾斜向上挤压力装置；倾斜向上挤压力装置包括设置在支撑台上的箱体中部(8)，所述箱体中部(8)为等腰梯形结构，配合箱体侧部(3)从而模拟地质构造中的正断层和逆断层，箱体中部(8)两侧设有与其等腰梯形结构匹配形成矩形结构的箱体侧部(3)，箱体中部(8)的等腰梯形结构斜边与箱体侧部(3)之间通过第二滑轨(9)活动连接，从而使箱体侧部(3)沿着箱体中部(8)的等腰梯形结构斜边倾斜移动，以配合箱体侧部(3)和箱体中部(8)间发生错位滑动，模拟工作面断裂复杂地质构造，支撑台与箱体侧部(3)之间设有提供其倾斜向上移动的推动装置；水平挤压力装置包括设置在箱体侧部(3)两侧的箱体挡板(1)，箱体挡板(1)能够沿箱体侧部(3)上设置的第一滑轨(11)水平移动提供左右水平向的挤压力，箱体挡板(1)与箱体侧部(3)之间设有液压缸(2)，液压缸(2)一端与箱体挡板(1)连接，另一端与箱体侧部(3)边缘处的机架(13)连接。2.根据权利要求1所述的一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置，其特征在于：推动装置包括升降机构(5)，升降机构(5)的上端通过第二三棱柱(6)与箱体侧部(3)连接，下端通过第一三棱柱(4)与支撑台连接，第一三棱柱(4)和第二三棱柱(6)为倾斜结构，第一三棱柱(4)、第二三棱柱(6)与升降机构(5)的连接面为倾斜面，倾斜角度与箱体中部(8)等腰梯形斜边角度相同，使升降机构(5)沿着箱体中部(8)的梯形斜边上的第二滑轨(9)移动，从而使升降机构(5)沿着第二滑轨(9)对箱体侧部(3)施加力，相较于水平放置升降机构(5)，减少了其他方向力的施加，减少了装置的磨损，延长装置的使用寿命。3.根据权利要求2所述的一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置，其特征在于：所述升降机构(5)为剪式升降机构，包括框架结构的下底架(18)和上底板(15)，下底架(18)和上底板(15)之间设有剪式伸缩架，剪式伸缩架包括两组通过多根交叉设置的金属杆(16)组成的剪刀架，金属杆(16)首尾之间通过圆柱销连接组成剪式结构，剪式伸缩架顶端内之间上设有与下底架(18)和上底板(15)之间滑动连接的横杆(14)，横杆(14)与下底架(18)和上底板(15)之间设有控制剪刀伸缩架伸缩的液压油缸(17)。4.根据权利要求1所述的一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置，其特征在于：所述液压缸(2)为伸缩式液压缸，所述伸缩式液压缸安装固定在所述箱体侧部(3)的凸台上的弧形凹槽(12)内，且在所述箱体两侧的凸台表面的的1/4和3/4处上均安装固定了液压缸(2)，所述液压缸(2)缸体通过圆柱销与所述箱体侧部(3)的凸台上的机架(13)连接，将所述液压缸(2)缸体的一端固定，将所述液压缸(2)活塞杆通过圆柱销与所述箱体挡板(1)上的机架(13)连接，将所述液压缸(2)活塞杆的一端固定，在液压缸(2)做直线往复运动时，活塞杆推动箱体挡板(1)，使箱体挡板(1)在箱体侧部(3)的底板通过第一滑轨(11)上作水平移动，两块箱体挡板(1)相互靠近或者远离将放置在模拟装置内的实验材料挤压推动，使实验材料形成褶皱，模拟工作面褶皱复杂地质构造。5.根据权利要求1所述的一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置，其特征在于：所述箱体中部(8)的底板和箱体侧部(3)的底板的倾斜接触面之间设置有用以辅助第二滑轨(9)的第三滑轨(10)，辅助第二滑轨(9)完成箱体的变形，减小箱体中部(8)的底板和箱体侧部(3)的底板在倾斜接触面之间的摩擦损耗，在初始状态下，箱体中部(8)的底板和箱体侧部(3)的底板之间重合对齐且连接处密封，在模拟状态下，所述箱体侧部(3)通过所述升降机构(5)推动，箱体中部(8)沿着第二滑轨(9)在第三滑轨(10)的辅助作用下与箱体侧部(3)发生斜线错位滑动，从而模拟地质构造中的正断层和逆断层。6.根据权利要求1所述的一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置，其特征在于：所述第一三棱柱(4)和第二三棱柱(6)为结构相同的三角体，横截面均为直角三角形，且直接三角形中较大的锐角与箱体中部(8)的梯形下底角角度相等，所述第一三棱柱(4)的斜边表面通过圆柱销与所述底座(7)连接，固定在所述底座(7)上，所述第一三棱柱(4)的较长直角边表面通过螺栓与所述升降机构(5)的下底架(18)连接，固定在所述下底架(18)下，所述第二三棱柱(6)的斜边表面通过圆柱销与所述箱体侧部(3)的底部连接，固定在所述箱体侧部(3)的底部下，所述第二三棱柱(6)的较长直角边表面通过螺栓与所述升降机构(5)的上底板(15)连接，固定在所述上底板(15)上，第二三棱柱(6)的较短直角边表面与箱体中部(8)的梯形斜边上的第二滑轨(9)水平对齐。7.一种用于演示工作面复杂地质构造的模拟装置的工作方法，其特征在于步骤为：将底座(7)放至平坦的水平面上，将实验材料根据实验需求放至模拟装置箱体内，实验材料体积不能超过装置箱体的最大容积，待实验材料填充完成，在实验材料上方铺设三块顶板，拼接在一起可以覆盖整个装置箱体顶部，使用顶板将实验材料压实固定，其中左边和右边的顶板大小相等，长为箱体侧部(3)顶部边长，宽为装置箱体宽度，中间的顶板长为装置箱体宽度，宽为箱体中部(8)的梯形顶边边长；通过控制液压缸(2)推动箱体挡板(1)，箱体挡板(1)沿着第一滑轨(11)作水平直线运动，模拟装置两侧的箱体挡板(1)相互靠近或者远离将放置在模拟装置箱体内的实验材料推动挤压，使实验材料形成褶皱；调整升降机构(5)上的液压油缸(17)以改变上底板(15)相对于下底架(18)的高度，使升降机构(5)通过第二三棱柱(6)带动箱体侧部(3)沿第二滑轨(9)和第三滑轨(10)升高，在升降机构(5)的向上施加推力和顶板向下施加压力的持续作用下，直至装置箱体内的实验材料沿着箱体中部(8)的梯形斜边方向发生破裂，若控制升降机构(5)使断裂两侧的实验材料未发生明显的滑动，则形成节理，若控制升降机构(5)使断裂两侧的实验材料发生明显的滑动，则形成断层，最多可生成两个断裂构造；从而在模拟褶皱构造的同时又模拟断裂构造，实现工作面复杂地质构造模拟的高效生动演示。