一種礦用采煤工作面相似模擬立體實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鞣椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本實(shí)用新型涉及一種礦用采煤工作面相似模擬立體實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，其適用于測(cè)試埋深、傾角對(duì)不同巖性等采煤工作面賦存條件對(duì)工作面“圍巖-支護(hù)”關(guān)系、頂?shù)装辶严栋l(fā)育和頂板斷裂步距的影響。
【背景技術(shù)】
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[0002]礦山井下生產(chǎn)時(shí)易發(fā)生煤巖動(dòng)力災(zāi)害，給煤礦安全生產(chǎn)帶了極大威脅，而這些災(zāi)害事故的發(fā)生，均與“圍巖-支護(hù)”之間的不適應(yīng)、圍巖裂隙發(fā)育有關(guān)。當(dāng)設(shè)計(jì)的支架不能很好的適應(yīng)采煤工作面時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致支架壓架、頂板斷裂步距增大，甚至是頂板冒落；巖石材料在承受荷載時(shí)，其內(nèi)部將產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，當(dāng)達(dá)到其臨界破裂強(qiáng)度時(shí)，會(huì)發(fā)生煤巖體的損傷破裂，當(dāng)圍巖裂隙發(fā)育時(shí)，極易發(fā)生瓦斯突出、裂隙帶導(dǎo)水，甚至是瓦斯爆炸和突水事故發(fā)生。所以研究“圍巖-支護(hù)”關(guān)系、圍巖裂隙發(fā)育，對(duì)指導(dǎo)煤礦安全生產(chǎn)有重要意義。測(cè)試“圍巖-支護(hù)”關(guān)系曲線是指導(dǎo)支架設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，通過聲波信號(hào)測(cè)試煤巖體裂隙發(fā)育，也是目前較為有效的手段。
[0003]目前的礦用采煤工作面相似模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停嬖谝韵碌牟蛔?
[0004]①無法模擬立體實(shí)驗(yàn)，只能在平面相似模型上進(jìn)行模擬；
[0005]①無法保證模擬底座的強(qiáng)度，通過鋼板等鉸接方式模擬的可調(diào)節(jié)角度的底座是無法承受較大的加載應(yīng)力；
[0006]①無法測(cè)試“圍巖-支護(hù)”特征曲線以及圍巖裂隙發(fā)育，僅僅通過應(yīng)變片監(jiān)測(cè)、位移觀測(cè)是無法得出精確的數(shù)據(jù)；
[0007]因此，需要對(duì)上述礦用采煤工作面相似模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0008]本實(shí)用新型提出了一種礦用采煤工作面相似模擬立體實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停菫榱私鉀Q國內(nèi)現(xiàn)有的采煤工作面實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臒o法進(jìn)行立體模型實(shí)驗(yàn)、無法獲得精確的“圍巖-支護(hù)”特征曲線、無法準(zhǔn)確判斷頂板裂隙發(fā)育和斷裂步距等問題。
[0009]解決以上弊端采用了如下技術(shù)方案。本實(shí)用新型包括底座、液壓加載裝置、多功能液壓支架、模擬巖層、旋轉(zhuǎn)裝置、信號(hào)采集系統(tǒng)以及信號(hào)分析系統(tǒng)，其中:所述底座為梯形底座，包括梯臺(tái)、設(shè)于梯臺(tái)右邊的右底座和設(shè)于梯臺(tái)左邊的凹槽，且所述梯臺(tái)的高度高于所述右底座和所述凹槽的高度。所述液壓加載裝置放置在底座上，包括四根帶孔立柱，加載頂梁通過高強(qiáng)螺栓與立柱鉸接在一起，可以沿著立柱上下移動(dòng)，設(shè)于加載頂梁下方的加載千斤頂，承壓板布置在加載千斤頂下方。所述多功能液壓支架包括相互鉸接的頂板、底板、掩護(hù)板、液壓活柱及前后連桿，通過變換兩兩之間的鉸接位置，模擬不同架型的液壓支架。所述模擬巖層分別置于多功能液壓支架頂板上方和底板下方，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際選擇相應(yīng)的巖層模擬采煤工作面的頂?shù)装?。所述旋轉(zhuǎn)裝置包括左旋轉(zhuǎn)裝置和右旋轉(zhuǎn)裝置，參見圖5，圖5是本實(shí)用新型旋轉(zhuǎn)裝置配合連接的結(jié)構(gòu)示意圖；左旋轉(zhuǎn)裝置和右旋轉(zhuǎn)裝置包括可旋轉(zhuǎn)連接支座和支撐千斤頂，支撐千斤頂?shù)膬啥朔謩e設(shè)有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)連接支座。右旋轉(zhuǎn)裝置一端固定于右底座上，一端固定于液壓加載裝置的下底面的右端；左旋轉(zhuǎn)裝置的一端固定于梯臺(tái)上，一端固定于液壓加載裝置的下底面的中段。所述信號(hào)采集系統(tǒng)包括黏貼在模擬巖層外側(cè)的聲波信號(hào)采集器和聲波轉(zhuǎn)換器，以及黏貼在加載千斤頂液壓缸的應(yīng)變采集器和黏貼在液壓支架活柱上的壓力采集器。所述信號(hào)分析系統(tǒng)包括處理聲信號(hào)的裂隙信號(hào)分析儀和“圍巖-支護(hù)”特征曲線分析儀。
[0010]本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:本實(shí)用新型利用強(qiáng)度較高的旋轉(zhuǎn)裝置，在有效的改變模擬采場(chǎng)的傾角的同時(shí)，還能保證一定的支撐能力，多功能液壓支架利用四連桿結(jié)構(gòu)，變化多種架型支架，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)所需的成本，信號(hào)采集系統(tǒng)采集出的聲信號(hào)、壓力信號(hào)、應(yīng)變信號(hào)，能夠通過信號(hào)分析系統(tǒng)有效轉(zhuǎn)換成裂隙信號(hào)和“圍巖-支護(hù)”特征曲線，從而實(shí)現(xiàn)了在一種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，即模擬不同采場(chǎng)環(huán)境下多種架型支架的支護(hù)實(shí)驗(yàn)，判斷“圍巖-支護(hù)”關(guān)系、掌握了頂板裂隙發(fā)育和斷裂步距。
【附圖說明】
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[0011]圖1為本實(shí)用新型主視圖；
[0012]圖2 (a)底座及旋轉(zhuǎn)裝置；
[0013]圖2 (b)旋轉(zhuǎn)裝置及零部件；
[0014]圖3(a)液壓加載裝置主視圖；
[0015]圖3(b)液壓加載裝置側(cè)視圖；
[0016]圖4 (a)多功能液壓支架；
[0017]圖4(b)多功能液壓支架零部件；
[0018]圖5“圍巖-支護(hù)”分析系統(tǒng)；
[0019]圖6裂隙信號(hào)分析系統(tǒng)；
[0020]圖中:1_底座；2-梯臺(tái)；3_右底座；4-凹槽；5_液壓加載裝置；6_帶孔立柱；7-加載頂梁；8_高強(qiáng)度螺栓；9_加載千斤頂；10_液壓活柱；11_承壓板；12_多功能液壓支架；13-頂板；14_底板；15-掩護(hù)板；16-前后連桿；17-模擬巖層；18-旋轉(zhuǎn)裝置；19-左旋轉(zhuǎn)裝置；20_右旋轉(zhuǎn)裝置；21_可旋轉(zhuǎn)連接支座；22_支撐千斤頂；23_信號(hào)采集系統(tǒng)；24_信號(hào)分析系統(tǒng)；25_聲波信號(hào)采集器；26_聲波轉(zhuǎn)換器；27_應(yīng)變采集器；28_壓力采集器；29_信號(hào)集成器；30_裂隙信號(hào)分析儀；31_ “圍巖-支護(hù)”特征曲線分系儀；32_ “圍巖-支護(hù)”分析系統(tǒng)；33_裂隙信號(hào)分析系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
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[0021]為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0022]本實(shí)用新型是一種根據(jù)相似模擬原理和真實(shí)采場(chǎng)的環(huán)境設(shè)計(jì)的三維模型，利用信號(hào)采集系統(tǒng)和信號(hào)處理系統(tǒng)，能夠獲得準(zhǔn)確的“圍巖-支護(hù)”關(guān)系特性曲線、頂板裂隙發(fā)育和頂板斷裂步距，同時(shí)可以具有一臺(tái)多用的功能，即可以在同一臺(tái)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)不同架型液壓支架、不同采場(chǎng)環(huán)境下的三維仿真模擬實(shí)驗(yàn)。
[0023]該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn):1)模擬不同埋深、傾角的工作面以及不同架型液壓支架對(duì)“圍巖-支護(hù)”特征曲線的影響；2)模擬埋深、傾角、頂?shù)装鍘r性對(duì)頂板裂隙發(fā)育以及頂板斷裂步距的影響。
[0024]上述2項(xiàng)實(shí)驗(yàn)需完成如下工序:
[0025]首先組裝實(shí)驗(yàn)平臺(tái):將加載頂梁7通過高強(qiáng)度螺栓8鉸接在帶孔立柱6合適的位置，在加載頂梁7下方布置加載千斤頂9，將承壓板11安裝在加載千斤頂9的液壓活柱10下，待液壓加載裝置5組裝完成后，并固定在底座I的可旋轉(zhuǎn)連接支座21上，將模擬工作面頂?shù)装迥M巖層17放置在多功能液壓支架12的頂板13上方和底板14下方。
[0026]接著，在上述基本工序完成后，通過控制不同的單因素模擬不同因素對(duì)實(shí)驗(yàn)影響。其中，控制液壓加載裝置5的加載力大小，模擬不同埋深條件；通過伸縮支撐千斤頂22的液壓活柱10的長(zhǎng)度，模擬不同傾角的采煤工作面；根據(jù)實(shí)際工況，選擇不同材料的模擬巖層17模擬不同巖性的采場(chǎng)頂?shù)装澹煌ㄟ^變換多功能液壓支架12的頂板13、底板14、掩護(hù)板15和液壓活柱10以及前后連桿16兩兩之間的鉸接位置，模擬不同架型液壓支架。
[0027]最后進(jìn)行信號(hào)采集和處理:將應(yīng)變采集器27黏貼在加載千斤頂9的液壓活柱10上，將壓力采集器28黏貼在多功能液壓支架12的液壓活柱10上，采集到的應(yīng)變、壓力信號(hào)經(jīng)過信號(hào)集成器，傳輸給“圍巖-支護(hù)”特征曲線分析儀31，獲得相應(yīng)的“圍巖-支護(hù)”特征曲線；將聲波信號(hào)采集器25黏貼在模擬巖層17的外側(cè)，采集到的聲波信號(hào)經(jīng)聲波轉(zhuǎn)換器26，傳輸?shù)搅严缎盘?hào)分析儀30，獲得模擬采煤工作面的頂?shù)装辶严栋l(fā)育情況和頂板斷裂步距。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種礦用采煤工作面相似模擬立體實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，其特征在于，包括底座、液壓加載裝置、多功能液壓支架、模擬巖層、旋轉(zhuǎn)裝置、信號(hào)采集系統(tǒng)以及信號(hào)分析系統(tǒng)，其中:所述底座為梯形底座，包括梯臺(tái)、設(shè)于梯臺(tái)右邊的右底座和設(shè)于梯臺(tái)左邊的凹槽，且所述梯臺(tái)的高度高于所述右底座和所述凹槽的高度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦用采煤工作面相似模擬立體實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，其特征在于，所述液壓加載裝置放置在底座上，包括四根帶孔立柱，加載頂梁通過高強(qiáng)螺栓與立柱鉸接在一起，可以沿著立柱上下移動(dòng)，設(shè)于加載頂梁下方的加載千斤頂，承壓板布置在加載千斤頂下方。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦用采煤工作面相似模擬立體實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停涮卣髟谟?，所述多功能液壓支架包括相互鉸接的頂板、底板、掩護(hù)板、液壓活柱及前后連桿，通過變換兩兩之間的鉸接位置，模擬不同架型的液壓支架。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦用采煤工作面相似模擬立體實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，其特征在于，所述模擬巖層分別置于多功能液壓支架頂板上方和底板下方，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際選擇相應(yīng)的巖層模擬采煤工作面的頂?shù)装濉?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦用采煤工作面相似模擬立體實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停涮卣髟谟?，所述旋轉(zhuǎn)裝置包括左旋轉(zhuǎn)裝置和右旋轉(zhuǎn)裝置，左旋轉(zhuǎn)裝置和右旋轉(zhuǎn)裝置包括可旋轉(zhuǎn)連接支座和支撐千斤頂，支撐千斤頂?shù)膬啥朔謩e設(shè)有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)連接支座，右旋轉(zhuǎn)裝置一端固定于右底座上，一端固定于液壓加載裝置的下底面的右端，左旋轉(zhuǎn)裝置的一端固定于梯臺(tái)上，一端固定于液壓加載裝置的下底面的中段。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦用采煤工作面相似模擬立體實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，其特征在于，所述信?hào)采集系統(tǒng)包括黏貼在模擬巖層外側(cè)的聲波信號(hào)采集器和聲波轉(zhuǎn)換器，以及黏貼在加載千斤頂液壓缸的應(yīng)變采集器和黏貼在液壓支架活柱上的壓力采集器。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦用采煤工作面相似模擬立體實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停涮卣髟谟?，所述信?hào)分析系統(tǒng)包括處理聲信號(hào)的裂隙信號(hào)分析儀和“圍巖-支護(hù)”特征曲線分析儀。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種礦用采煤工作面相似模擬立體實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停溥m用于測(cè)試埋深、傾角對(duì)不同巖性等采煤工作面賦存條件對(duì)工作面“圍巖-支護(hù)”關(guān)系、頂?shù)装辶严栋l(fā)育和頂板斷裂步距的影響。包括底座、液壓加載裝置、多功能液壓支架、模擬巖層、旋轉(zhuǎn)裝置、信號(hào)采集系統(tǒng)以及信號(hào)分析系統(tǒng)。本實(shí)用新型利用強(qiáng)度較高的旋轉(zhuǎn)裝置，在有效的改變模擬采場(chǎng)的傾角的同時(shí)，還能保證一定的支撐能力，多功能液壓支架利用四連桿結(jié)構(gòu)，變化多種架型支架，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)所需的成本，信號(hào)采集系統(tǒng)采集出的聲信號(hào)、壓力信號(hào)、應(yīng)變信號(hào)，能夠通過信號(hào)分析系統(tǒng)有效轉(zhuǎn)換成裂隙信號(hào)和“圍巖-支護(hù)”特征曲線，從而實(shí)現(xiàn)了在一種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，即模擬不同采場(chǎng)環(huán)境下多種架型支架的支護(hù)實(shí)驗(yàn)，判斷“圍巖-支護(hù)”關(guān)系、掌握了頂板裂隙發(fā)育和斷裂步距。<!-- 2 -->
【IPC分類】G09B25/00
【公開號(hào)】CN205177261
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520734238
【發(fā)明人】彭瑞, 孟祥瑞, 趙光明, 左超
【申請(qǐng)人】安徽理工大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年9月21日