1.本发明涉及一种模拟装置，尤其涉及一种矿区采煤沉陷过程的实验装置。
背景技术：2.模型试验研究方法是一种比较可靠的研究方法，其结果有很好的代表性，广泛应用于采矿工程、水利工程、地震工程等。我国矿产资源丰富，开采矿产为我国经济发展提供了必要的材料及能源，但采矿等活动产生的采空区也带来了各种矿山地质灾害。如采空区引起的地面沉陷是最为严重的矿山地质灾害类型之一。上覆岩层具有很强的非均质性，且内部往往有众多节理裂隙及各种分界面，现有的数值模拟方法难以准确捕捉到采空区外围的岩土体沉陷变形演化规律，室外试验或现场调查往往只关注地表附近的变形情况，难以用于探索岩土体的三位空间沉陷变形规律，特别是难以揭示沉陷变形区的下边界。因此，为了更好地研究采空区外围岩土体的三维沉陷变形演化规律，研究人员更青睐使用可信度高、代表性高的物理模型试验方法及相关试验装置。
3.然而现有技术中缺少能够完整模拟由开采至地表沉陷整个过程及获取采空区外围岩土体沉陷变形数据的模拟装置。
技术实现要素：4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种研究平原矿区采煤沉陷盆地下界面的模拟实验装置，以解决现有技术中缺少能够完整模拟由开采至地表沉陷整个过程及获取采空区外围岩土体沉陷变形数据的模拟装置的技术问题。
5.本发明是通过以下技术方案实现的：
6.一种研究平原矿区采煤沉陷盆地下界面的模拟实验装置，包括顶端开口的长方体状箱体，其特征在于，还设置有模拟坍塌装置，所述模拟坍塌装置的组成包括设于箱体水平向两端中一端外侧的举升操作装置、设于箱体水平向两端中另一端外侧的举升限位装置和设于箱体内的模拟装置本体，所述举升操作装置的组成包括u型架、第一举升装置、两个导向管和两个限位帽，所述u型架中每个竖向臂底端内侧均安装有一个限位帽，所述u型架中每个竖向臂的顶端内侧均安装有一个导向管，所述u型架中一竖向臂与设置在其外侧的第一举升装置顶端转动连接；所述举升限位装置的组成包括第二举升装置、举升平台和两个与限位帽内径相同的约束管，所述第二举升装置的顶部与举升平台的一端转动连接，所述举升平台的顶部依次固定安装有两个所述约束管，且一个约束管与一个限位帽同轴分布；所述模拟装置本体的组成包括两个外径与限位帽内径相同的驱动轴、两个限位轴、多个底部均匀安装有内径与驱动轴外径相同的弹性弧形卡件的竖向限位板、多个顶板、首部封闭件和端部封闭件，每个驱动轴临近所述第一举升装置的端部贯穿所述箱体设在与其临近的限位帽内，每个驱动轴临近所述第二举升装置的端部贯穿所述箱体和与其临近的约束管后设置在对应约束管背离箱体的端部外侧，所述箱体的竖向壁上开设有供两个所述驱动轴的四个端部分别穿行的四个竖向腰型孔；每个所述驱动轴处于箱体内的部分上方均均匀设置
有多个沿驱动轴延伸方向排布的所述竖向限位板，且两个所述驱动轴处于箱体内的部分上方设置的竖向限位板数量相同，每个所述竖向限位板均通过其底部的弹性弧形卡件卡设在其下方的驱动轴上，同一驱动轴对应的两相邻竖向限位板间相互贴合，相邻且分处于两个驱动轴上的两个竖向限位板的重心连线后所得直线与对应两个竖向限位板分别垂直，相邻且分处两个驱动轴上的两个竖向限位板构成的整体上覆盖有一个顶板，相邻的顶板间相互贴合；
7.分处两个驱动轴上且临近所述第一举升装置的两个竖向限位板之间设置有所述端部封闭件，所述端部封闭件的组成包括反l型板和两个定位管，两个所述定位管分别套设在两个所述驱动轴上并处于对应两个竖向限位板与第一举升装置之间，两个所述定位管分别与所述反l型板中横向部分的底部连接，所述反l型板中竖向部分设置在对应两个竖向限位板之间且其形状与两个对应的竖向限位板及对应顶板所围成空间的纵截面相同；分处两个驱动轴上且临近所述第二举升装置的两个竖向限位板之间设置有端部封闭件，所述端部封闭件的形状与两个对应的竖向限位板及对应顶板所围成空间的纵截面相同；同一驱动轴上方的所有竖向限位板构成的整体的顶端内侧均设置有一个与驱动轴平行设置的限位轴，每个限位轴朝向第二举升装置的端部与端部封闭件活动连接，每个限位轴朝向第一举升装置的端部贯穿首部封闭件中的竖向部分后穿过与其临近的竖向腰型孔和导向管后设置在对应导向管背离箱体端部外侧；
8.所述箱体中除模拟装置本体围成的空间外均匀填充有模拟介质层，且模拟介质层中均匀分布有多个无线波发射器，所述箱体的底部依次嵌置有三个处于同一水平面内但不在同一直线上的波接收器。
9.进一步，令所述模拟坍塌装置为多个并分为多个模拟组，每个模拟组中的模拟坍塌装置的数量相同或不同，多个模拟组在水平方向上依次排列，同一模拟组中的多个模拟装置本体自上而下依次布设且互不接触且共用四个竖向腰型孔；处于上方的模拟装置本体对应的举升操作装置设置在处于下方的模拟装置本体对应的举升操作装置背离箱体的一侧，处于上方的模拟装置本体对应的举升限位装置设置在处于下方的模拟装置本体对应的举升限位装置背离箱体的一侧。
10.进一步，每个所述竖向限位板的底部均安装有一个限位凸起，所述驱动轴上均匀设置有与限位凸起对应的环形凹槽，且当竖向限位板通过其底部的弹性弧形卡件与对应驱动轴连接时对应的限位凸起设在一个环形凹槽内，所述环形凹槽在驱动轴轴向上的宽度与所述限位凸起在驱动轴轴向上的宽度相同。
11.进一步，所述导向管的外侧还设置有锁定螺栓，且所述锁定螺栓朝向导向管的端部与所述导向管螺纹连接并贯穿导向管紧顶限位轴。
12.进一步，所述顶板具体由横向板和两个对称安装在其两侧外缘上并与其为一体的倾斜板构成，且每个倾斜板底部的下半部分分别与对应竖向限位板顶部接触；所述限位轴临近第一举升装置的端部还套设有驱动把手。
13.进一步，所述驱动轴临近第二举升装置的端部上套设有驱动轮，所述驱动轮的外壁上安装有定位螺母，所述定位螺母上螺纹连接有定位螺栓，所述定位螺栓朝向对应驱动轴的端部紧顶驱动轴外壁，所述驱动轮还与安装在对应举升平台上并可驱动其旋转运动的步进电机连接。
14.进一步，每个竖向腰型孔的外侧均设置有贴附在箱体外壁橡胶层，且橡胶层的竖向中心线处开设有供对应驱动轴和限位轴上行滑行的滑行缝。
15.进一步，所述顶板的底部设有不干胶层。
16.进一步，所述箱体的顶部设置有箱盖，所述箱盖的底部均匀安装有依次串联且照射方向竖直向下的激光发射装置，所述箱盖底部的四个角部分别通过一个伸缩杆与所述箱体顶部的四个角部连接。
17.进一步，所述顶板、竖向限位板、反l型板、首部封闭件均为光滑薄片状结构；所述箱体固定安装在支撑板上，所述第一举升装置和第二举升装置分别通过一个连接螺栓安装在所述支撑板上，所述支撑板底部的四个角部分别安装有万向轮。
18.本发明相比现有技术具有以下优点：
19.本发明提供的一种研究平原矿区采煤沉陷盆地下界面的模拟实验装置，通过多个顶板、竖向限位板、两个驱动轴等围成的模拟巷道，能够进行后退式开采的模拟，并且模拟巷道坍塌过程可控，尽可能的还原了由开采至坍塌的全过程，且模拟介质沉陷过程的位移数据可被有效采集，能够有效获取所模拟的采煤沉陷盆地下界面的数据，避免了现有技术中无法完整模拟由开采至地表沉陷整个过程及获取采空区外围岩土体沉陷变形数据困难的技术问题。
附图说明
20.图1为实施例1提供的一种研究平原矿区采煤沉陷盆地下界面的模拟实验装置剖视图；
21.图2为实施例1中举升操作装置的侧视图；
22.图3为实施例1中顶板和竖向限位板的连接侧视图；
23.图4为实施例2提供的一种研究平原矿区采煤沉陷盆地下界面的模拟实验装置剖视图。
24.图中：1、箱体；2、u型架；3、第一举升装置；4、导向管；5、限位帽；6、第二举升装置；7、举升平台；8、约束管；9、驱动轴；10、限位轴；11、弹性弧形卡件；12、竖向限位板；13、顶板；14、首部封闭件；15、端部封闭件；16、竖向腰型孔；17、反l型板；18、定位管；19、模拟介质层；20、无线波发射器；21、波接收器；22、限位凸起；23、环形凹槽；24、锁定螺栓；25、横向板；26、倾斜板；27、驱动把手；28、驱动轮；29、定位螺母；30、定位螺栓；31、步进电机；32、橡胶层；33、不干胶层；34、箱盖；35、激光发射装置；36、伸缩杆；37、支撑板；38、万向轮。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.实施例1
27.结合附图1-3，本实施例提供一种研究平原矿区采煤沉陷盆地下界面的模拟实验装置，包括长方体状顶端开口的箱体1，同时还设置有模拟坍塌装置，模拟坍塌装置的组成
包括设置在箱体1水平向两端中一端外侧的举升操作装置、设置在箱体1水平向两端中另一端外侧的举升限位装置和设置在箱体1内的模拟装置本体；
28.其中，举升操作装置的组成包括u型架2、两个限位帽5、两个导向管4和第一举升装置3；u型架2中每个竖向臂的顶端内侧均固定安装有一个导向管4，而u型架2中每个竖向臂的底端内侧均固定安装有一个限位帽5，且两个限位帽5和两个导向管4相互平行设置，u型架2中同一竖向臂对应的导向管4的轴线处于限位帽5轴线的斜上方，u型架2一竖向臂的外壁与第一举升装置3的顶部转动连接；
29.其次，举升限位装置的组成包括举升平台7、第二举升装置6、和两个内径与限位帽5内径相同的约束管8，两个约束管8固定安装在举升平台7的顶部，同时举升平台7的一端与第二举升装置6转动连接，并且一个约束管8与一个限位帽5同轴分布，即一个导向管4与一个限位帽5构成一个限位组件；
30.本实施例中模拟装置本体的目的在于模拟实际开采过程中后退式开采的情况，其组成包括两个外径与约束管8内径相同的驱动轴9对应两个限位组件、两个限位轴10、多个底部均匀安装有内径与驱动轴9外径相同的弹性弧形卡件11的竖向限位板12、多个顶板13、首部封闭件14和端部封闭件15；每个驱动轴9临近第一举升装置3的端部均贯穿箱体1设置在与其临近的限位帽5内，而每个驱动轴9临近第二举升装置6的端部均贯穿箱体1和与其临近的约束管8后设置在对应约束管8背离箱体1的端部外侧，同时箱体1的竖向壁上开设有供两个驱动轴9的四个端部分别穿过的竖向腰型孔16，即箱体1两端的侧壁上分别开设有两个竖向腰型孔16，每个驱动轴9的每个端部分别穿过一个对应竖向腰型孔16与对应限位帽5或约束管8连接；每个驱动轴9处于箱体1内的部分上方均均匀设置有多个在驱动轴9延伸方向上均匀排布的竖向限位板12，两个驱动轴9处于箱体1内的部分上方设置的竖向限位板12的数量相同，每个竖向限位板12均通过其底部的弹性弧形卡件11与对应驱动轴9连接，同时同一驱动轴9上的两相邻竖向限位板12相互贴合；其次，相邻且分处两个驱动轴9上的两个竖向限位板12构成的整体的顶部上覆盖有顶板13，且相邻的顶板13间相互贴合；
31.其次，为了封闭所有处于箱体1内的顶板13和竖向限位板12围成的空间，在本实施例中，分处两个驱动轴9上且临近第一举升装置3的两个竖向限位板12之间设置有端部封闭件15，端部封闭件15的组成包括反l型板17和两个定位管18，两个定位管18分别套设在两个驱动轴9上并处于对应两个竖向限位板12与第一举升装置3之间，结合图1，定位管18处于图1箱体1内腔左侧，其尺寸满足在其沿驱动轴9向第一举升装置3方向运动过程中无法穿越对应竖向腰型孔16，从而使用时令定位管18临近第一举升装置3的端部紧顶箱体1内壁便可，从而限制其移动，两个定位管18分别与反l型板17中横向部分的底部连接，反l型板17中竖向部分设置在对应两个竖向限位板12之间且其形状与两个对应的竖向限位板12及对应顶板13所围成空间的纵截面相同，进而用于封闭围成的空间，避免模拟介质经由此处缝隙进入；
32.同时，分处两个驱动轴9上且临近第二举升装置6的两个竖向限位板12之间设置有端部封闭件15，端部封闭件15的形状与两个对应的竖向限位板12及对应顶板13所围成空间的纵截面相同，即端部封闭件15的形状与反l型板17中的竖向部分形状相同，此时处于箱体1内的所有竖向限位板12、所有顶板13、反l型板17的竖向部分和端部封闭件15围成一个底端开口的模拟巷道；每个驱动轴9上方的所有竖向限位板12构成的整体的顶端内侧均设置
有一个与驱动轴9平行设置的限位轴10，每个限位轴10朝向第二举升装置6的端部与端部封闭件15活动连接，每个限位轴10朝向第一举升装置3的端部贯穿首部封闭件14中的竖向部分后穿过与其临近的竖向腰型孔16及导向管4后设置在对应导向管4背离箱体1端部外侧；其中，限位轴10与端部封闭件15活动连接的方式可为在端部封闭件15临近限位轴10的侧壁上安装连接螺母，限位轴10临近端部封闭件15的端部与连接螺母螺纹连接便可，从而便于后期设备的安装。
33.为了便于进行模拟实验，箱体1中除模拟装置本体围成的空间外填充有模拟介质层19，且模拟介质层19中均匀分布有多个无线波发射器20，箱体1的底部依次嵌置有三个处于同一水平面但不在同一直线上的波接收器21，三个波接收器21分别与控制器连接；其中，模拟介质层19可由同一均质的材料构成，也可令模拟介质层19分为多层，每层采用的介质密度等不同，用于模拟不同地质情况，可根据需要设置，本实施例中选用同一材质进行填充，即箱体1中充填一种介质形成一个模拟介质层。
34.设备的工作原理具体为：
35.a首先进行设备的布设：
36.设备使用时首先在箱体1内腔底部填充一部分模拟介质，之后将举升操作装置和举升限位装置分别布设在箱体1两端外侧，并将首部封闭件14和端部封闭件15放入箱体1内；
37.先操作两个驱动轴9，令两个定位管18分别套设在两个驱动轴9上，并令反l型板17的竖向部分朝上且两个定位管18临近第一举升装置，之后使驱动轴9临近第一举升装置3的端部穿过与其对应的竖向腰型孔16后设置在与其临近的限位帽5内，而驱动轴9临近第二举升装置6的端部则依次穿过与其对应的竖向腰型孔16及约束管8后设在对应约束管8背离箱体1的端部外侧，然后操作第一举升装置3和第二举升装置6，使得两驱动轴9处于目标角度(如图1中的模拟装置本体处于水平状态)且定位管18临近第一举升装置3的端部紧顶箱体1内壁，然后再次铺设模拟介质令处于箱体1内的两个驱动轴9构成的整体下方充填满模拟介质，此时两个驱动轴9之间的模拟介质19相当于模拟巷道的底板；
38.操作两个限位轴10令二者朝向第二举升装置6的端部分别与端部封闭件15活动连接后，令二者临近第一举升装置3的端部依次穿过对应的竖向腰型孔16和导向管4后设在对应导向管4背离第一举升装置3的端部外侧；
39.之后在每个驱动轴9上卡设竖向限位板12，即竖向限位板12通过其底部的弹性弧形卡件11卡设在对应驱动轴9上，并使每个竖向限位板12的顶端内壁均与对应限位轴10贴合，并在相邻且分处两个驱动轴9上的竖向限位板12构成的整体上覆盖顶板13，同一驱动轴9上的两个竖向限位板12相互贴合，相邻顶板13间相贴合，分处两个驱动轴9上且临近第一举升装置3的两个竖向限位板12临近第一举升装置3的端部分别与对应定位管18贴合，且此时此处的两个竖向限位板12保持竖直并夹持处于二者之间的反l型板17的竖向部分，此时反l型板17的竖向部分可封闭模拟巷道中临近第一举升装置3的端部，避免介质经此处进入模拟巷道中；端部封闭件15则设置在分处两个驱动轴9上且临近第二举升装置6的两个竖向限位板12之间，端部封闭件15可有效封闭所有顶板13和竖向限位板12围成模拟矿道的朝向第二举升装置6的端部，避免介质经此处进入模拟矿道内；
40.上述设置完成时，两驱动轴9处于箱体1内的部分上方的竖向限位板12的数量相
同，相邻且分处于两个驱动轴9上的两个竖向限位板12的重心连线后所得直线与对应两个竖向限位板12分别垂直，即两个驱动轴9上的相邻竖向限位板12在正投影上重叠，从而便于后期模拟坍塌；之后在箱体1中模拟装置本体外的空间内再次均匀填充模拟介质，且在模拟介质内均匀分布无线波发射器20；
41.初始时，无线波发射器20发出的无线波被三个波接收器21分别接收后，控制器根据三个波接收器21自身的位置信息、接收波时的接收时间、波的传播速度可有效获取对应无线波发射器20的初始位置。
42.b设备布设完成后，通过以下方法进行模拟实验：
43.首先同步抽动两个限位轴10于导向管4背离箱体1一端外侧的端部，从而驱动与二者连接的端部封闭件15，令端部封闭件15在模拟矿道内向第一举升装置3方向运动，即模拟后退式开采的情况，运动过程中，与限位轴10贴合的竖向限位板12虽然受到外部模拟介质的压力具有向两驱动轴9中心方向旋转的趋势，但是被限位轴10有效支撑，则无法产生运动效果，即此时该部分竖向限位板12和其顶部的顶板13可保持位置不变，而当端部封闭件15由当前相邻的两竖向限位板12及其顶板13围成的空间内运动到下一相邻竖向限位板12及其顶板13围成的空间内时，失去限位轴10和端部封闭件15支撑的竖向限位板12及其顶板13则在外部的模拟介质和顶板13上方的模拟介质的作用下会向两个驱动轴9之间翻转坍塌，例如图1中当端部封闭件15由右一竖向限位板12运动到右二竖向限位板12的位置处时，右一竖向限位板12在外部模拟介质和顶部顶板13及其上模拟介质的压力下会向两驱动轴9中心方向坍塌。
44.其中，为了便于进一步真实模拟坍塌情况，在操作限位轴10使端部封闭件15运动到下一竖向限位板12内时，一前一后旋转两个驱动轴9，那么此时存在限位轴10支撑的竖向限位板12无法旋转运动，而失去限位轴10支撑的竖向限位板12在其底端弹性弧形卡件11的作用下可在驱动轴9的带动下向两驱动轴9中心方向旋转运动，从而可加快坍塌的进度，同时避免竖向限位板12本身对坍塌的影响，且在此过程中，令两个驱动轴9一前一后转动的设置，可令旋转运动的竖向限位板12能够被叠放在一起，可避免未旋转驱动轴9时令竖向限位板12自主坍塌时存在震动等的缺陷，进一步提高提高了模拟的真实性。
45.在失去限位轴10支撑的竖向限位板12坍塌过程中，其外围的模拟介质也发生位移，进而其内的无线波发射器20也会发生相应的位移，无线波发射器20在不同时刻发出的波后，控制器可获取该无线波发射器20不同时刻的位置信息，根据位置信息可获取其运动方向，从而可有效采集相关坍塌信息，便于进行后继的研究。
46.其中，发生位移的无线波发射器20中同一竖直线上水平标高处于最低的无线波发射器20作为该竖直线处的最低点，则不同的竖直线上的所有最低点所在的面为沉陷盆地下界面，而通过对发生位移的无线波发射器20在坍塌过程中位置信息的收集，便于对坍塌过程进行相关分析。
47.特别的，为了避免竖向限位板12延驱动轴9轴向在驱动轴9上滑行，或在坍塌过程中挤压与之相邻的竖向限位板12，在本实施例中，令每个竖向限位板12的底部均安装有一个限位凸起22，驱动轴9上均匀设置有与限位凸起22对应的环形凹槽23，且当竖向限位板12通过其底部的弹性弧形卡件11与对应驱动轴9连接时对应的限位凸起22设在一个环形凹槽23内，环形凹槽23在驱动轴9轴向上的宽度与限位凸起22在驱动轴9轴向上的宽度相同。
48.即借助限位凸起22和环形凹槽23的配合限制竖向限位板12在驱动轴9上滑行，从而可避免前述缺陷。
49.特别的，为了避免在限位轴10倾斜设置时其在重力的作用下自主滑行，在本实施例中导向管4的外侧还设置有锁定螺栓24，且锁定螺栓24朝向导向管4的端部与导向管4螺纹连接并贯穿导向管4紧顶限位轴10。
50.即未操作限位轴10时令锁定螺栓24紧顶限位轴10限制其位移，需要操作限位轴10时拧动锁定螺栓24便可。
51.特别的，为了便于顶板13和其下方的两竖向限位板12的坍塌，在本实施例中，顶板13具体由横向板25和两个对称安装在其两侧外缘上并与其为一体的倾斜板26构成，且每个倾斜板26底部的下半部分分别与对应竖向限位板12顶部接触；
52.即顶板13架设在对应竖向限位板12上时，利用其内的倾斜板26与竖向限位板12的顶端接触，从而便会使竖向限位板12存在向两驱动轴9之间运动的趋势，从而便于后期的坍塌模拟。
53.特别的，为了便于驱动限位轴10，在本实施例中，限位轴10临近第一举升装置3的端部还套设有驱动把手27。
54.特别的，为了降低设备的操作难度，在本实施例中，驱动轴9临近第二举升装置6的端部上套设有驱动轮28，驱动轮28的外壁上安装有定位螺母29，定位螺母29上螺纹连接有定位螺栓30，定位螺栓30朝向对应驱动轴9的端部紧顶驱动轴9外壁，驱动轮28还与安装在对应举升平台7上并可驱动其旋转运动的步进电机31连接。
55.即在两个限位轴10被抽动至端部封闭件15处于下一组竖向限位板12内时，一前一后开启两个步进电机31，令失去支撑的两个竖向限位板12主动向内旋转运动，直至两个对应竖向限位板12叠放或水平后停止旋转。
56.特别的，为了避免模拟介质经竖向腰型孔16处外漏，在本实施例中，竖向腰型孔16的外侧均设置有贴附在箱体1外壁橡胶层32，且橡胶层32的竖向中心线处开设有供对应驱动轴9和限位轴10上行滑行的滑行缝。
57.特别的，为了避免顶板13坍塌至与其下方的竖向限位板12接触时发出较大震动影响实验精度，在本实施例中，顶板13的底部粘贴有不干胶层33，从而在顶板13下落至与下方竖向限位板12接触时不干胶层33能够有效起到减震和粘黏作用，从而降低顶板13下落带来的震动幅度，以提高模拟的真实性。
58.特别的，为了便于布设无线波发射器20，在本实施例中，箱体1的顶部设置有箱盖34，箱盖34的底部均匀安装有依次串联且照射方向竖直向下的激光发射装置35，箱盖34底部的四个角部分别通过一个伸缩杆36与箱体1顶部的四个角部连接。
59.即进行模拟介质填充时，操作箱盖34令其在伸缩杆36的作用下保持开启状态，从而便于进行模拟介质的充填，而在布设无线波发射器20时，令激光发生装置动作，可标识出具体的布设位置，从而便于令无线波发射器20均匀布设在模拟介质内。
60.特别的，为了降低竖向限位板12等之间的摩擦力及与模拟介质间的摩擦力，本实施例中，顶板13、竖向限位板12、反l型板17、首部封闭件14均为光滑薄片状结构；
61.特别的，为了便于设备的安装和移动，在本实施例中，箱体1固定安装在支撑板37上，第一举升装置3和第二举升装置6分别通过连接螺栓安装在支撑板37上，支撑板37底部
的四个角部分别安装有万向轮38。
62.实施例2
63.结合附图4，为了便于进行多种情况的模拟，在本实施例中，令模拟坍塌装置为多个并分为多个模拟组，每个模拟组中的模拟坍塌装置的数量相同或不同，多个模拟组在水平方向上依次排列，同一模拟组中的多个模拟装置本体自上而下依次布设且互不接触并共用四个竖向腰型孔16；处于上方的模拟装置本体对应的举升操作装置设置在处于下方的模拟装置本体对应的举升操作装置背离箱体1的一侧，处于上方的模拟装置本体对应的举升限位装置设置在处于下方的模拟装置本体对应的举升限位装置背离箱体1的一侧。
64.通过上述设置，可有效模拟分层开采、相邻巷道开采等情况的坍塌情况，从而便于采集相应的信息，例如图2中，为两个模拟坍塌装置组成的一个模拟组，二者自上而下分布，此时共用四个竖向腰型孔16，进行模拟实验时，同一模拟组内，需先令处于上方的进行坍塌模拟，采集相应的数据后，再进行处于下方的坍塌模拟并采集相应的数据，且设备布设时，同一模拟组中的模拟装置本体的倾斜角度可不同，从而模拟不同情况，例如图2中，下方的模拟装置本体为水平状态，而上方的模拟装置本体则为倾斜状态。
65.模拟过程中可有效采集相应的位移数据及下界面数据，即实现多种情况下的数据采集和过程模拟，便于后期研究。
66.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种研究平原矿区采煤沉陷盆地下界面的模拟实验装置，包括顶端开口的长方体状箱体，其特征在于，还设置有模拟坍塌装置，所述模拟坍塌装置的组成包括设于箱体水平向两端中一端外侧的举升操作装置、设于箱体水平向两端中另一端外侧的举升限位装置和设于箱体内的模拟装置本体，所述举升操作装置的组成包括u型架、第一举升装置、两个导向管和两个限位帽，所述u型架中每个竖向臂底端内侧均安装有一个限位帽，所述u型架中每个竖向臂的顶端内侧均安装有一个导向管，所述u型架中一竖向臂与设置在其外侧的第一举升装置顶端转动连接；所述举升限位装置的组成包括第二举升装置、举升平台和两个与限位帽内径相同的约束管，所述第二举升装置的顶部与举升平台的一端转动连接，所述举升平台的顶部依次固定安装有两个所述约束管，且一个约束管与一个限位帽同轴分布；所述模拟装置本体的组成包括两个外径与限位帽内径相同的驱动轴、两个限位轴、多个底部均匀安装有内径与驱动轴外径相同的弹性弧形卡件的竖向限位板、多个顶板、首部封闭件和端部封闭件，每个驱动轴临近所述第一举升装置的端部贯穿所述箱体设在与其临近的限位帽内，每个驱动轴临近所述第二举升装置的端部贯穿所述箱体和与其临近的约束管后设置在对应约束管背离箱体的端部外侧，所述箱体的竖向壁上开设有供两个所述驱动轴的四个端部分别穿行的四个竖向腰型孔；每个所述驱动轴处于箱体内的部分上方均均匀设置有多个沿驱动轴延伸方向排布的所述竖向限位板，且两个所述驱动轴处于箱体内的部分上方设置的竖向限位板数量相同，每个所述竖向限位板均通过其底部的弹性弧形卡件卡设在其下方的驱动轴上，同一驱动轴对应的两相邻竖向限位板间相互贴合，相邻且分处于两个驱动轴上的两个竖向限位板的重心连线后所得直线与对应两个竖向限位板分别垂直，相邻且分处两个驱动轴上的两个竖向限位板构成的整体上覆盖有一个顶板，相邻的顶板间相互贴合；分处两个驱动轴上且临近所述第一举升装置的两个竖向限位板之间设置有所述端部封闭件，所述端部封闭件的组成包括反l型板和两个定位管，两个所述定位管分别套设在两个所述驱动轴上并处于对应两个竖向限位板与第一举升装置之间，两个所述定位管分别与所述反l型板中横向部分的底部连接，所述反l型板中竖向部分设置在对应两个竖向限位板之间且其形状与两个对应的竖向限位板及对应顶板所围成空间的纵截面相同；分处两个驱动轴上且临近所述第二举升装置的两个竖向限位板之间设置有端部封闭件，所述端部封闭件的形状与两个对应的竖向限位板及对应顶板所围成空间的纵截面相同；同一驱动轴上方的所有竖向限位板构成的整体的顶端内侧均设置有一个与驱动轴平行设置的限位轴，每个限位轴朝向第二举升装置的端部与端部封闭件活动连接，每个限位轴朝向第一举升装置的端部贯穿首部封闭件中的竖向部分后穿过与其临近的竖向腰型孔和导向管后设置在对应导向管背离箱体端部外侧；所述箱体中除模拟装置本体围成的空间外均匀填充有模拟介质层，且模拟介质层中均匀分布有多个无线波发射器，所述箱体的底部依次嵌置有三个处于同一水平面内但不在同一直线上的波接收器。2.根据权利要求1所述的一种研究平原矿区采煤沉陷盆地下界面的模拟实验装置，其特征在于，令所述模拟坍塌装置为多个并分为多个模拟组，每个模拟组中的模拟坍塌装置的数量相同或不同，多个模拟组在水平方向上依次排列，同一模拟组中的多个模拟装置本体自上而下依次布设且互不接触且共用四个竖向腰型孔；处于上方的模拟装置本体对应的
举升操作装置设置在处于下方的模拟装置本体对应的举升操作装置背离箱体的一侧，处于上方的模拟装置本体对应的举升限位装置设置在处于下方的模拟装置本体对应的举升限位装置背离箱体的一侧。3.根据权利要求2或3所述的一种研究平原矿区采煤沉陷盆地下界面的模拟实验装置，其特征在于，每个所述竖向限位板的底部均安装有一个限位凸起，所述驱动轴上均匀设置有与限位凸起对应的环形凹槽，且当竖向限位板通过其底部的弹性弧形卡件与对应驱动轴连接时对应的限位凸起设在一个环形凹槽内，所述环形凹槽在驱动轴轴向上的宽度与所述限位凸起在驱动轴轴向上的宽度相同。4.根据权利要求所述的一种研究平原矿区采煤沉陷盆地下界面的模拟实验装置，其特征在于，所述导向管的外侧还设置有锁定螺栓，且所述锁定螺栓朝向导向管的端部与所述导向管螺纹连接并贯穿导向管紧顶限位轴。5.根据权利要求4所述的一种研究平原矿区采煤沉陷盆地下界面的模拟实验装置，其特征在于，所述顶板具体由横向板和两个对称安装在其两侧外缘上并与其为一体的倾斜板构成，且每个倾斜板底部的下半部分分别与对应竖向限位板顶部接触；所述限位轴临近第一举升装置的端部还套设有驱动把手。6.根据权利要求4所述的一种研究平原矿区采煤沉陷盆地下界面的模拟实验装置，其特征在于，所述驱动轴临近第二举升装置的端部上套设有驱动轮，所述驱动轮的外壁上安装有定位螺母，所述定位螺母上螺纹连接有定位螺栓，所述定位螺栓朝向对应驱动轴的端部紧顶驱动轴外壁，所述驱动轮还与安装在对应举升平台上并可驱动其旋转运动的步进电机连接。7.根据权利要求5所述的一种研究平原矿区采煤沉陷盆地下界面的模拟实验装置，其特征在于，每个竖向腰型孔的外侧均设置有贴附在箱体外壁橡胶层，且橡胶层的竖向中心线处开设有供对应驱动轴和限位轴上行滑行的滑行缝。8.根据权利要求7所述的一种研究平原矿区采煤沉陷盆地下界面的模拟实验装置，其特征在于，所述顶板的底部设有不干胶层。9.根据权利要求8所述的一种研究平原矿区采煤沉陷盆地下界面的模拟实验装置，其特征在于，所述箱体的顶部设置有箱盖，所述箱盖的底部均匀安装有依次串联且照射方向竖直向下的激光发射装置，所述箱盖底部的四个角部分别通过一个伸缩杆与所述箱体顶部的四个角部连接。10.根据权利要求9所述的一种研究平原矿区采煤沉陷盆地下界面的模拟实验装置，其特征在于，所述顶板、竖向限位板、反l型板、首部封闭件均为光滑薄片状结构；所述箱体固定安装在支撑板上，所述第一举升装置和第二举升装置分别通过一个连接螺栓安装在所述支撑板上，所述支撑板底部的四个角部分别安装有万向轮。
技术总结本发明公开了一种研究平原矿区采煤沉陷盆地下界面的模拟实验装置，涉及一种模拟装置，包括箱体，还设置有模拟坍塌装置，所述模拟坍塌装置的组成包括举升操作装置、举升限位装置和设于箱体内的模拟装置本体，所述模拟装置本体的组成包括两个驱动轴、两个限位轴、竖向限位板、多个顶板、首部封闭件和端部封闭件，多个顶板、竖向限位板、首部封闭件和端部封闭件围成一个底端开口的模拟巷道，箱体中除了模拟巷道外的空间内均匀填充有模拟介质，且在模拟介质能均匀布设有无线波发射器，箱体的底部还设置有三个处于同一水平面且不处于同一直线上的三个波接收器；本发明能够有效进行采空区沉陷模拟，并获取相应的位移信息。并获取相应的位移信息。并获取相应的位移信息。
技术研发人员：沈华章 蔡国军 杨强 刘海 蔡毅 黄厚旭
受保护的技术使用者：安徽省地质测绘技术院
技术研发日：2022.07.25
技术公布日：2022/11/1
