本发明公开了一种揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型，所述模型从下至上依次包括堆叠在一起的煤层模块（5）、垮落带模块（4）、裂隙带模块（3）、弯曲下沉带模块（2）和坚硬岩层模块（1）；其中，所述煤层模块（5）的中部为采空区（16），所述采空区（16）包括气囊（9），所述气囊（9）充气后的高度与所述煤层模块（5）的高度相同；所述垮落带模块（4）由至少20个矸石模块（7）交替排列而成；所述裂隙带模块（3）包括两个处于两端的第一裂隙带模块（17）和至少5个第二裂隙带模块（12）。本发明所述揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型能够演示上覆岩层“三带”的发生发展及演变过程，结构简单、操作方便。
1.一种揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型，其特征在于：所述模型从下至上依次包括堆叠在一起的煤层模块(5)、垮落带模块(4)、裂隙带模块(3)、弯曲下沉带模块(2)和坚硬岩层模块(1)；
其中，所述煤层模块(5)的中部为采空区(16)，所述采空区(16)包括气囊(9)，所述气囊(9)充气后的高度与所述煤层模块(5)的高度相同；所述垮落带模块(4)由至少20个矸石模块(7)交错堆叠而成；所述裂隙带模块(3)包括两个处于两端的第一裂隙带模块(17)和处于所述采空区(16)的上部的至少5个第二裂隙带模块(12)，所述第一裂隙带模块(17)与所述第二裂隙带模块(12)以及多个所述第二裂隙带模块(12)之间的顶部或底部铰接，所述铰接方式设置为：当所述第二裂隙带模块(12)底部没有支撑力时，在自身重力的作用下自由下沉；所述弯曲下沉带模块(2)由柔软的具有弹性的材料制成，在所述弯曲下沉带模块(2)长度方向的中间位置设置有0.5～1kg的物体(15)；
所述第二裂隙带模块(12)为6个，所述裂隙带模块(3)的铰接方式具体为：从左至右第1个和第6个所述第二裂隙带模块(12)与其相邻的所述第一裂隙带模块(17)的顶部铰接，第2个所述第二裂隙带模块(12)与其前一个所述第二裂隙带模块(12)的顶部铰接，第
3、5和6个所述第二裂隙带模块(12)与其前一个所述第二裂隙带模块(12)的底部铰接；
在所述采空区(16)的两侧靠近所述煤层模块(5)处分别设置有液压模块(6)和挡板模块(8)，所述液压模块(6)和所述挡板模块(8)的高度同所述煤层模块(5)。
2.根据权利要求1所述的揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型，其特征在于：
所述采空区(16)的长度占整个所述煤层模块(5)的2/3～3/4。
3.根据权利要求2所述的揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型，其特征在于：
所述坚硬岩层模块(1)由木材或PVC材料制成；所述弯曲下沉带模块(2)为海绵；所述裂隙带模块(3)由木材或PVC材料制成；所述矸石模块(7)由木材制成。
4.根据权利要求3所述的揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型，其特征在于：
还包括缺少顶部部分的模型箱体(11)，用于容纳所述模型。
5.根据权利要求4所述的揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型，其特征在于：
6.根据权利要求4或5所述的揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型，其特征在于：所述气囊(9)包括囊体和与其连通的通气管(14)，所述模型箱体(11)的后侧设置有通孔，所述通气管(14)从所述通孔中穿出，并在穿出的所述通气管(14)上设置有充放气开关(13)。
7.根据权利要求1所述的揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型，其特征在于：
8.根据权利要求6所述的揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型，其特征在于：每个所述矸石模块(7)的尺寸为6cm×18cm×4cm；所述模型箱体(11)的尺寸为
95cm×20cm×60cm；所述煤层模块(5)高度为15cm；所述垮落带模块高度为12cm，由3层矸石模块(7)整齐排列组成，层共44个交错堆叠的所述矸石模块(7)，所述裂隙带模块(3)高度为10cm，所述弯曲下沉带模块(2)高度为17cm，置于其中心的物体(15)尺寸为
6cm×10cm×4cm，所述坚硬岩层模块(1)的高度为6cm；所述煤层模块(5)长度为80cm，采空区(16)长度为71cm。
一种揭示煤层采空区上覆岩层运动的仿真演示系统模型
技术领域
[0001] 本发明涉及一种仿真演示系统的模型，具体涉及一种揭示上覆岩层三带运动规律的仿真演示系统，适合采场覆岩移动及工作面顶板活动过程的教学演示。
背景技术
[0002] 煤炭行业教学、生产和科研活动中，探讨开采后上覆岩层的变形、移动、破坏及其在破断后再次形成平衡的可能性，历来是研究矿山压力的主要课题之一。为使井下复杂又看不见的顶板结构变化让所有人了解，目前主要的方法是制作上覆岩层静态示意图和结构静态模型。但是此类方法无法阐明矿压显现的过程；极少的电气自动化模型不仅很难重现上覆岩层具体变化过程，同时造价昂贵，易于损坏等。
发明内容
[0003] 本发明要解决的技术问题是克服现有阐明上覆岩层三带运动规律变化模型的缺点，提供一种结构简单、操作简便、可循环演示的阐明上覆岩层三带运动规律的综合仿真演示教学系统模型。
[0004] 一种揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型，所述模型从下至上依次包括堆叠在一起的煤层模块、垮落带模块、裂隙带模块、弯曲下沉带模块和坚硬岩层模块；
[0005] 其中，所述煤层模块的中部为采空区，所述采空区包括气囊，所述气囊充气后的高度与所述煤层模块的高度相同；所述垮落带模块由至少20个矸石模块交错堆叠而成；所述裂隙带模块包括两个处于两端的第一裂隙带模块和处于所述采空区的上部的至少5个第二裂隙带模块，所述第一裂隙带模块与所述第二裂隙带模块以及多个所述第二裂隙带模块之间的顶部或底部铰接，所述铰接方式设置为：当所述第二裂隙带模块底部没有支撑力时，在自身重力的作用下自由下沉；所述弯曲下沉带模块由柔软的具有弹性的材料制成，在所述弯曲下沉带模块长度方向的中间位置的设置有0.5～1kg的重物。
[0006] 本发明所述的揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型，其中所述采空区的长度占整个所述煤层模块的2/3-3/4，所占比率太小，难以充分展示顶板垮落场景，所占比率太大，无法给顶板中不垮落部分提供支承力，甚至会形成整体下沉的现象，无法展现模型作用。
[0007] 本发明所述的揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型，其中所述第二裂隙带模块为6个，所述裂隙带模块的铰接方式具体为：从左至右第1个和第6个所述第二裂隙带模块与其相邻的所述第一裂隙带模块的顶部铰接，第2个所述裂隙带模块与其前一个所述裂隙带模块的顶部铰接，所述第3、5和6个所述第二裂隙带模块与其前一个所述裂隙带模块的底部铰接。
[0008] 本发明所述的揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型，其中所述坚硬岩层模块由木材或PVC材料制成；所述弯曲下沉带模块为海绵；所述裂隙带模块由木材或PVC材料制成；所述矸石模块由木材制成。
[0009] 本发明所述的揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型，其中所述还包括缺少顶部部分的模型箱体，用于容纳所述模型。
[0010] 本发明所述的揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型，其中所述模型箱体由透明塑料制成。
[0011] 本发明所述的揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型，其中所述气囊包括囊体和与其连通的通气管，所述模型箱体的后侧设置有通孔，所述通气管从所述通孔中穿出，并在穿出的所述通气管上设置有充放气开关。
[0012] 本发明所述的揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型，其中在所述采空区的两侧靠近所述煤层模块处分别设置有液压模块和挡板模块，所述液压模块和所述挡板模块的高度同所述煤层模块。
[0013] 本发明所述的揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型，其中所述铰接为通过合页连接。
[0014] 本发明所述的揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型，其中每个所述矸石模块的尺寸为6cm×18cm×4cm；所述模型箱体的尺寸为95cm×20cm×60cm；所述煤层模块高度为15cm；所述垮落带模块高度为12cm，由3层矸石模块整齐排列组成，层共44个交错堆叠的所述矸石模块，所述裂隙带模块高度为10cm，所述弯曲下沉带模块高度为17cm，置于其中心的物体尺寸为6cm×10cm×4cm，所述坚硬岩层模块的高度为6cm；所述煤层模块长度为80cm，所述采空区长度为71cm。
[0015] 本发明揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型与现有技术不同之处在于：
[0016] 本发明所述揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型能够演示上覆岩层“三带”的发生发展及演变过程；结构简单、操作方便、设备成本低、直观逼真；同时拆装方便、可循环演示。
[0017] 下面结合附图对本发明的揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型作进一步说明。
附图说明
[0018] 图1为现实生产中工作面开采时上覆岩层三带运动示意图；
[0019] 图2为本发明所述揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型演示工作面未开采时上覆岩层三带运动示意图；
[0020] 图3为本发明所述揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型演示工作面开采时上覆岩层三带运动示意图；
[0021] 图4为本发明所述揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型气囊的结构示意图。
具体实施方式
[0022] 如图1所示，现实生产开采煤矿过程中，开采区的上覆岩层会发生变形、移动及破坏，在破坏后再次形成新的平衡，本发明针对其复杂又看不见的顶板结构提供了一种揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型。
[0023] 实施例1
[0024] 如图2-4所示，本发明所述揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型从下至上依次包括堆叠在一起的煤层模块5、垮落带模块4、裂隙带模块3、弯曲下沉带模块2和坚硬岩层模块1；所述煤层模块5的中部为采空区16，所述采空区16的长度占整个所述煤层模块的2/3-3/4，可以根据需要调整，所占比率太小，难以充分展示顶板垮落场景，所占比率太大，无法给顶板中不垮落部分提供支承力，甚至会形成整体下沉的现象，无法展现模型作用；所述采空区16包括气囊9，所述气囊9充气后的高度与所述煤层模块5的高度相同；所述垮落带模块4由至少20个矸石模块7交替排列而成。
[0025] 所述裂隙带模块3包括两个处于两端的第一裂隙带模块17和处于所述采空区16的上部的至少5个第二裂隙带模块12，所述第一裂隙带模块17与所述第二裂隙带模块12以及多个所述第二裂隙带模块12之间的顶部或底部铰接，所述铰接方式设置为可以达到如下目的的任何铰接方式：当所述第二裂隙带模块12底部没有支撑力时，在自身重力的作用下自由下沉。本发明所述铰接优选为通过合页10连接。
[0026] 所述弯曲下沉带模块2由柔软的具有弹性的材料制成，在所述弯曲下沉带模块2长度方向的中间位置设置有0.5～1kg的物体15，可以放置在其顶部或者设置在其里部，能对所述弯曲下沉带模块2产生重力，在所述弯曲下沉带模块2底部没有支撑力的时候使其产生弯曲变形，以模拟现实中的弯曲下沉带产生的变化，优选所述物体15的1kg，设置在所述弯曲下沉带模块2内部，处在中心位置；所述弯曲下沉带模块2为柔软的具有弹性的材质制成，优选海绵。
[0027] 所述坚硬岩层模块1由较坚硬的材质制作，优选由木材或PVC材料制成；所述裂隙带模块3由较重的材质制备而成，优选木材或PVC材料制成；所述矸石模块7由较坚硬的材质制成，优选木材，具有较大质量，当其底部无支撑力时，在自身重力的作用下下沉。
[0028] 本发明所述系统模型还包括缺少顶部的模型箱体11，用于容纳所述模型，优选由透明塑料制成。所述气囊9包括囊体和与其连通的通气管14，所述模型箱体11的后侧设置有通孔，所述通气管14从所述通孔中穿出，并在穿出的所述通气管14上设置有充放气开关13。在所述采空区16的两侧靠近所述煤层模块5处分别设置有液压模块6和挡板模块8，所述液压模块6和所述挡板模块8的高度同所述煤层模块5，用于模拟现实开采中的用于支撑上部岩层的液压支架和挡板，使演示更加形象生动。
[0029] 在本实施例中，采用以下优选方式：
[0030] 铰接方式具体为：所述第二裂隙带模块12为6个，所述裂隙带模块3的从左至右第1个和第6个所述第二裂隙带模块12与两侧的所述第一裂隙带模块17的顶部铰接，第2个所述第二裂隙带模块12与其前一个所述第二裂隙带模块12的顶部铰接，所述第3、5和6个所述第二裂隙带模块12与其前一个所述第二裂隙带模块12的底部铰接。
[0031] 每个所述矸石模块7的尺寸为6cm×18cm×4cm；所述模型箱体11的尺寸为95cm×20cm×60cm；所述煤层模块5高度为15cm；所述垮落带模块高度为12cm，由3层矸石模块7整齐排列组成，层共44个交错堆叠的所述矸石模块7，所述裂隙带模块3高度为
10cm，所述弯曲下沉带模块2高度为17cm，置于其中心的物体15尺寸为6cm×10cm×4cm，所述坚硬岩层模块1的高度为6cm；所述煤层模块5长度为80cm，采空区16长度为71cm。
本发明中涉及到的尺寸，都是采用长×宽×高的方式体现，其中，以图2为例，左右长度为长，前后长度为宽，上下长度为高。
[0032] 所述煤层模块5表示未开采的煤层，其中部的采空区16表示开采过的空间，所述气囊9表示正在开采的煤层，当所述气囊9充满气时，表示所有煤层模块5并未开采，上覆的垮落带模块4、裂隙带模块3、弯曲下沉带模块2以及坚硬岩层带模块1均处于图2所示的整齐未变形状态，各个模块均处于水平状态。当拧开所示气囊9的充放气开关13，所示气囊9放气露出所示采空区16，表示原处于采空区16的煤层已经被开采完毕，此时处于所示采空区上部的垮落带模块4中的矸石模块7全部在自身重力作用下随机散落在所述采空区16中，所述裂隙带模块3中的所述第二裂隙带采空区12底部失去了支撑力，在自身重力作用下下沉，落在位于所述采空区16的矸石模块7的上部，所述弯曲下沉带模块2在其内部的物体15重量的作用下向下弯曲变形，所述系统模型形成如图3所示的状态，用来模拟如图1所示的现实开采后的上覆岩层的变化。演示结束以后，将除煤层模块5及气囊之外的所有模块从所述模型箱体11中取出，将所述气囊9的通气管14与充气装置相连，并给所述气囊9充满气后，再按如图2所示的结构一层层铺设堆叠上去，还原成未开采前的情况，如此循环使用。系统的各个模块在摆放时应贴紧所述模型箱体11后面的侧壁，从底层开始铺设，再层层向上铺设。
[0033] 本发明所述揭示上覆岩层三带运动的仿真演示系统模型能够演示上覆岩层“三带”的发生发展及演变过程；结构简单、操作方便、设备成本低、直观逼真；同时拆装方便、可循环演示。
[0034] 以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
