本发明公开了一种可旋转的相似材料模拟实验台及其使用方法，该实验台包括底座、圆轨、模型架、钢绞线和电机；模型架包括架体、螺孔、转轮、轮刹、液压缸、挡板和钢环；底座与圆轨焊接为一体，模型架的四个转轮嵌入圆轨的沟槽内，模型架底梁两转轮侧边装有轮刹，顶梁有液压加载系统，两侧立柱上开有螺孔，挡板通过螺栓固定在立柱上，模型架四角焊接有钢环，钢绞线穿过钢环，一端固定在钢环上，另一端由电机牵引。本发明将模型架内接于圆轨中，通过安装在模型架四个角的转轮实现模型架的旋转，从而实现了相似材料模拟实验中倾斜煤岩层的铺设，解决了现有技术中铺设倾斜煤岩层工艺复杂，难度较大等问题。
1.一种可旋转的相似材料模拟实验台，其特征在于：包括底座、圆轨、模型架、钢绞线和电机；所述圆轨为圆形槽钢，固定设置在所述底座上；所述模型架为正方形钢架，内接于所述圆轨内侧的槽腔；所述模型架包括架体、转轮、轮刹、液压缸、挡板和钢环；所述架体为正方形外框，所述转轮设置在所述架体的四角外侧，用于连接所述圆轨；所述轮刹设置在所述转轮侧边；所述钢环设置在所述架体的四角，所述电机通过所述钢绞线依次贯穿全部所述钢环；所述液压缸设置在所述模型架内的上部，其液压杆能够向下侧延伸；所述挡板通过位于所述架体立柱上的螺孔与所述架体可拆卸连接。
2.根据权利要求1所述的一种可旋转的相似材料模拟实验台，其特征在于：所述的钢绞线直径为15mm，钢绞线一端穿过所有钢环，固定在模型架左下角的钢环上，另一端缠绕在电机上。
3.根据权利要求1所述的一种可旋转的相似材料模拟实验台，其特征在于：所述的转轮安装在模型架的四个角点上，转轮内嵌于圆轨沟槽内，并可沿圆轨转动。
4.根据权利要求1所述的一种可旋转的相似材料模拟实验台，其特征在于：所述的轮刹安装在模型架底梁靠近转轮位置，可上下拨动。
5.根据权利要求1所述的一种可旋转的相似材料模拟实验台，其特征在于：所述的钢环焊接在模型架的四个角点上，两底角各一个，两顶角各两个。
6.一种基于权利要求1～5任一项所述的可旋转的相似材料模拟实验台的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、通过电机牵引钢绞线，拉动模型架旋转至所模拟倾斜煤岩层的倾角θ，掰动轮刹固定住模型架的位置；
步骤二、将若干挡板固定在模型架立柱上，向模型架内倒入已搅拌均匀的模型材料并捣实，然后均匀撒上云母粉；
步骤三、重复步骤二形成多层模型材料分层排布的模型；
步骤四、松开轮刹，驱动电机反方向转动，使模型架恢复水平位置后，再次掰动轮刹固定模型架。
一种可旋转的相似材料模拟实验台及其使用方法
技术领域
[0001] 本发明涉及采矿相似材料模拟实验设备技术领域，特别涉及一种模拟倾斜煤岩层的可旋转的相似材料模拟实验台及其使用方法。
背景技术
[0002] 传统的相似材料模拟实验台均是针对水平及近水平煤岩层设计的，而在地下工程中常遇到以大倾角赋存的倾斜煤岩层，若应用传统相似材料模拟实验台对大倾角煤岩层进行相似材料模拟实验，则铺设工艺复杂，铺设难度较大。为了解决倾斜煤岩层相似材料模拟实验的铺设问题，已有学者研究设计了相关的倾斜煤岩层相似材料模拟实验装置。已有专利CN 204228701 U和CN 204228702 U公开了一种变倾角可拆卸式物理相似模拟实验台和一种可变倾角的物理相似模拟实验台，二者均通过调节丝杠的高度来改变调斜槽钢的角度，从而改变铺设材料的角度，但该装置铺设倾斜煤岩层时节理面的倾斜角度易发生变化，导致铺设的模型节理面不平行；已有专利CN 104596855 A 公开了一种倾斜煤岩层物理相似模拟试验装置及方法，该装置由外部框架、可倾斜机架、前后挡板、液压支撑装置和悬吊起重装置组成，在液压支撑装置的支撑力和悬吊起重装置的拉力作用下使实验台发生旋转，虽然可以有效实现倾斜煤岩层的铺设，但工艺过于复杂，制造成本过高；已有专利CN 103630668 B公开了一种大倾角煤层相似模拟实验装置及其实验方法，该装置通过直角三角形护板和水平护板的不同组合使用来实现大倾角煤岩层的铺设，但若铺设不同角度的倾斜煤岩层，则需事先定做一定角度的直角三角形护板，且针对层间距不同的煤岩层，还要考虑到护板的边长，工艺较繁琐；已有专利CN 204405655 U公开了一种适于任意倾角煤层相似模拟的实验装置，该装置简单承袭了已有专利CN 204228701 U和CN 204228702 U二者的倾角可变思想，可参考性十分有限。
发明内容
[0003] 针对传统及已改进的倾斜煤岩层相似材料模拟实验台存在的技术不足，本发明提供一种可旋转的相似材料模拟实验台及其使用方法，适用于任意倾角倾斜煤岩层的相似材料模拟实验。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0005] 一种可旋转的相似材料模拟实验台及其使用方法，该实验台包括底座、圆轨、模型架、钢绞线和电机；模型架包括架体、螺孔、转轮、轮刹、液压缸、挡板和钢环；底座与圆轨焊接为一体，模型架顶梁有液压加载系统，两侧立柱上开有螺孔，挡板通过螺栓固定在立柱上。
[0006] 所述的圆轨为圆形槽钢，直径与模型架的对角线长度相同。
[0007] 所述的模型架为正方形钢架，内接于圆轨中。
[0008] 所述的钢绞线直径为15mm，钢绞线一端穿过所有钢环，固定在模型架左下角的钢环上，另一端缠绕在电机上。
[0009] 所述的模型架顶梁有液压加载系统，两侧立柱上开有螺孔，挡板通过螺栓固定在立柱上。
[0010] 所述的转轮安装在模型架的四个角点上，转轮内嵌于圆轨沟槽内，并可沿圆轨转动。
[0011] 所述的轮刹安装在模型架底梁靠近转轮位置，可上下拨动。
[0012] 所述的钢环焊接在模型架的四个角点上，两底角各一个，两顶角各两个。
[0013] 本发明的使用步骤为：根据所模拟倾斜煤岩层的倾角θ固定模型架铺设位置；铺设模型材料；将模型架转回原始位置，即模型架顶梁与底座水平位置，并固定；倾角为θ的倾斜煤岩层相似材料模型铺设完成。
[0014] 本发明的有益技术效果是：
[0015] 本发明实现了相似材料模拟实验中对倾斜煤岩层的铺设，为倾斜煤岩层相似材料模拟实验提供了建模基础，解决了现有相似材料模拟实验台铺设倾斜煤岩层工艺复杂，安全系数低等问题，为实验室内研究倾斜煤岩层的地下开采活动提供了方便。
附图说明
[0016] 图1为本发明铺设水平煤岩层时的正视图；
[0017] 图2为本发明铺设水平煤岩层时的左视图；
[0018] 图3为本发明铺设倾斜煤岩层时的正视图；
[0019] 图4为本发明铺设倾斜煤岩层完成时的正视图；
[0020] 其中，1—底座，2—圆轨，3—模型架，4—螺孔，5—转轮，6—液压缸，7—钢绞线，8—挡板，9—钢环，10—轮刹，11—电机。
具体实施方式
[0021] 本发明提供了一种可旋转的相似材料模拟实验台及其使用方法，为了使本发明的目的、技术方案以及优点更清楚、明确，以下将结合附图与具体实施例对本发明进一步详细说明。
[0022] 如图1和图2所示，一种可旋转的相似材料模拟实验台及其使用方法，该实验台包括底座1、圆轨2、模型架3、钢绞线7和电机11；模型架3包括架体、螺孔4、转轮5、轮刹10、液压缸6、挡板8和钢环9；底座1与圆轨2焊接为一体，模型架3的四个转轮5嵌入圆轨2的沟槽内，模型架3底梁两转轮5侧边装有轮刹10，顶梁有液压加载系统，两侧立柱上开有螺孔4，挡板8通过螺栓固定在立柱上，模型架3四角焊接有钢环9，钢绞线7穿过钢环9，一端固定在钢环9上，另一端由电机11牵引。
[0023] 本发明的工作方式及机理是：铺设倾斜煤岩层时，根据所模拟煤岩层的倾角θ，通过电机11牵引钢绞线7，钢绞线7拉动模型架3旋转，当旋转角度为θ时停止转动，同时将模型架3底梁上的两个轮刹10垫在转轮5下，固定住模型架3，见图3；将一定数量的挡板8固定在模型架3立柱上，向模型架3与挡板8组成的容腔内倒入已搅拌均匀的模型材料，分层捣实，层间均匀撒上云母粉；重复该步骤直到模型铺设完毕；模型铺设完成后，拨起模型架3两底角的轮刹10，电机11反方向转动，模型架3则旋转恢复到初始位置，即模型架3顶梁与底座1水平位置，再次拨下轮刹10，固定模型架3，倾角为θ的倾斜煤岩层相似材料模型铺设完成，见图4。
[0024] 应当理解的是，上述针对具体实验步骤的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出改变尺寸、替换、简单组合等多种变形，这些均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
