一種礦用采煤工作面支護(hù)模擬測試平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種礦用采煤工作面支護(hù)模擬測試平臺(tái)，其適用于研究煤礦采煤工作面支架和圍巖關(guān)系，模擬測試工作面頂板破裂程度和分布規(guī)律，從而選擇合適的架型進(jìn)行工作面的支護(hù)。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)包括可調(diào)節(jié)角度底座、加載實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、液壓加載裝置、可變架型液壓支架、巖石、信號(hào)采集系統(tǒng)以及信號(hào)處理器。本實(shí)用新型采用液壓加載方式，利用壓力采集器連接液壓缸和支架活柱，采集的信號(hào)經(jīng)過壓力傳感器，再由壓力示波器接收和顯示，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測頂板壓力和支架活柱受力大小，通過改變梯形體和鉸接板的組合方式模擬不同傾角的工作面，放置于液壓支架頂?shù)琢旱膸r石連接聲信號(hào)傳感器，經(jīng)過聲信號(hào)放大器，最后傳給波形分析處理器進(jìn)行分析和處理，根據(jù)可變架型液壓支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇合適架型的支架，從而實(shí)現(xiàn)了在一種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上模擬不同采場環(huán)境下多種架型支架的支護(hù)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)可以動(dòng)態(tài)的監(jiān)測頂板、支架活柱的壓力大小以及加載后巖石內(nèi)部裂隙發(fā)育程度，從微觀的角度上分析了采場支架和圍巖的關(guān)系。
【專利說明】一種礦用采煤工作面支護(hù)模擬測試平臺(tái)
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本實(shí)用新型涉及一種礦用采煤工作面支護(hù)模擬測試平臺(tái)，其適用于研究煤礦采煤工作面支架和圍巖關(guān)系，模擬測試工作面頂板破裂程度和分布規(guī)律，從而選擇合適的架型進(jìn)行工作面的支護(hù)。
【背景技術(shù)】:
[0002]礦山井下冒頂、頂?shù)装逋凰?、沖擊地壓等煤巖動(dòng)力災(zāi)害給國家財(cái)產(chǎn)和礦工人身安全帶來極大威脅，而這些煤巖動(dòng)力災(zāi)害事故的孕育與發(fā)生均與煤巖體的破裂失穩(wěn)密切相關(guān)。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，與此同時(shí)，破裂引起的彈性波在周圍巖體中快速傳播，這種現(xiàn)象為聲發(fā)射。通過對聲發(fā)射信號(hào)的采集與分析，可以預(yù)測煤巖體的失穩(wěn)破壞。
[0003]聲發(fā)射現(xiàn)象是巖石破裂失穩(wěn)的前兆信息,研究科學(xué)合理的巖石破裂聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)方法，在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上探討聲發(fā)射信號(hào)與巖石破裂演化過程的關(guān)系，得出符合實(shí)際的巖石剪切破裂聲發(fā)射預(yù)測方法，對于采用聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)預(yù)防災(zāi)害事故的發(fā)生具有重要理論意義。采煤工作面支護(hù)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)與聲發(fā)射測試裝置相結(jié)合，能夠采集經(jīng)過液壓加壓后采煤工作面頂?shù)装宓膸r石破裂過程中產(chǎn)生的聲信息，進(jìn)而利用聲發(fā)射測試系統(tǒng)預(yù)測巖石損傷破裂的演化過程，反映出圍巖和支架的關(guān)系。很多科研工作者雖然在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行了相似模擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算，但仍然存在以下的不足:
[0004]①監(jiān)測設(shè)備落后，無法準(zhǔn)確的獲得加載壓力和活柱受力的大小，無法研究采場的頂?shù)装鍘r石破裂演化規(guī)律；
[0005]②無法針對不同傾角的采場環(huán)境測試液壓支架的性能；
[0006]③無法在一種平臺(tái)上轉(zhuǎn)換多種架型的支架進(jìn)行支護(hù)工作；
[0007]因此，需要對上述液壓支架模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行改進(jìn)。
實(shí)用新型內(nèi)容:
[0008]本實(shí)用新型提出了一種礦用采煤工作面支護(hù)模擬測試平臺(tái)，是為了解決國內(nèi)現(xiàn)有的液壓支架模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)簡單、加載裝置和監(jiān)測儀器的落后、無法動(dòng)態(tài)的監(jiān)測采場頂?shù)装鍘r石破裂演化規(guī)律以及無法自動(dòng)調(diào)節(jié)工作面傾角等弊端。
[0009]解決以上弊端采用了如下技術(shù)方案。本實(shí)用新型包括可調(diào)節(jié)角度底座、加載實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、液壓加載裝置、可變架型液壓支架、巖石、信號(hào)采集系統(tǒng)以及信號(hào)處理器，其中:所述可調(diào)節(jié)角度底座包括兩幫穿孔的梯形體和鉸接板，通過改變兩兩之間的鉸接位置模擬常見的三種類型工作面，即近水平工作面、傾斜工作面、急傾斜工作面，所述加載實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括兩根帶有等間距分布鉆孔的鋼梁，放置在可調(diào)節(jié)角度底座上，所述液壓加載裝置包括加載頂梁、布置在加載頂梁下的加載液壓缸、以及布置在加載液壓缸下的加載墊板，所述加載頂板與加載實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的鋼梁是通過鉆孔和螺栓鉸接在一起，可以上下移動(dòng)，所述可變架型液壓支架放置在加載墊板下方，包括相互鉸接的打孔的鋼板、活柱及前后連桿，通過變換相互間的鉸接方式模擬井下常用的三種架型液壓支架，即支撐式液壓支架、掩護(hù)式液壓支架、以及支撐掩護(hù)式液壓支架，所述巖石放置在支架頂梁上方和支架底板下方，根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的材料模擬采場的頂?shù)装?，所述信?hào)采集系統(tǒng)包括黏貼在巖石的外側(cè)的聲信號(hào)傳感器、米集聲信號(hào)的聲信號(hào)放大器、米集加載液壓缸和液壓支架活柱壓力信號(hào)的壓力米集器和壓力傳感器，所述信號(hào)處理系統(tǒng)包括分析信號(hào)放大器輸送的聲信號(hào)的波形分析處理器、顯示壓力傳感器獲得的壓力值的壓力示波器。所述可變架型液壓支架的活柱下部、加載液壓缸與加載墊板的作用面之間都連接了壓力采集器，所述壓力采集器、壓力傳感器和壓力示波器是依次連接在一起，所述聲信號(hào)傳感器、聲信號(hào)放大器、波形分析處理器是依次連接在一起。
[0010]本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:該實(shí)用新型采用液壓加載方式，利用壓力采集器連接液壓缸和支架活柱，采集的信號(hào)經(jīng)過壓力傳感器，再由壓力示波器接收和顯示，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測頂板壓力和支架活柱受力大小，通過改變梯形體和鉸接板的組合方式模擬不同傾角的工作面，放置于液壓支架頂?shù)琢旱膸r石連接聲信號(hào)傳感器，經(jīng)過聲信號(hào)放大器，最后傳給波形分析處理器進(jìn)行分析和處理，根據(jù)可變架型液壓支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇合適架型的支架，從而實(shí)現(xiàn)了在一種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上模擬不同采場環(huán)境下多種架型支架的支護(hù)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)可以動(dòng)態(tài)的監(jiān)測頂板、支架活柱的壓力大小以及加載后巖石內(nèi)部裂隙發(fā)育程度，從微觀的角度上分析了采場支架和圍巖的關(guān)系。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0011]圖1為本實(shí)用新型中的采煤工作面支護(hù)模擬測試臺(tái)的主視圖；
[0012]圖2(a)為加載實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和液壓加載裝置的正視圖；
[0013]圖2(b)為加載實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和液壓加載裝置的側(cè)視圖；
[0014]圖3為可變架型液壓支架的主視圖；
[0015]圖4為可變架型液壓支架零部件的主視圖；
[0016]圖5為可調(diào)節(jié)角度底座的鉸接板主視圖；
[0017]圖6為可調(diào)節(jié)角度底座的梯形體主視圖。
[0018]圖中:1-液壓加載裝置；2_加載頂板；3_加載液壓缸；4_加載墊板；5_壓力傳感器；6_壓力示波器；7_加載實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；8_鉆孔和螺栓；9_可變架型液壓支架；10_支架頂梁；11-支架活柱；12-支架掩護(hù)梁；13-支架前后連桿；14-支架底板；15_巖石；16_聲信號(hào)傳感器；17-側(cè)擋板；18-可調(diào)節(jié)角度底座；19-梯形體；20_鉸接板；21_聲信號(hào)放大器；22-波形分析處理器；23_壓力采集器。
【具體實(shí)施方式】:
[0019]為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0020]本實(shí)用新型是一種根據(jù)液壓支架和工作面的頂?shù)装遄饔玫倪^程中測試支架工作阻力、頂板壓力、頂?shù)装鍍?nèi)部裂隙發(fā)育、不同架型支架在多種采場環(huán)境下支護(hù)效果的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用信號(hào)采集系統(tǒng)和信號(hào)處理系統(tǒng)實(shí)時(shí)的監(jiān)測、采集和存儲(chǔ)加載液壓缸和支架活柱的受力大小以及模擬采場頂?shù)装宓膸r石內(nèi)部裂隙發(fā)育和分布情況。[0021]該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn):1)模擬不同埋深的工作面，分析埋深對支架穩(wěn)定性和頂?shù)装鍘r石破裂情況的影響；2)模擬不同巖性的頂?shù)装?，研究支架和圍巖的關(guān)系；3)模擬不同傾角的工作面，觀察支架受力大小和頂?shù)装鍘r石破裂情況與工作面傾角的關(guān)系；4)模擬和觀察不同架型的支架對工作面進(jìn)行支護(hù)的效果，進(jìn)而對液壓支架的架型進(jìn)行初選。
[0022]上述4項(xiàng)實(shí)驗(yàn)需要完成的基本的工序是:首先進(jìn)行加載和組裝測試實(shí)驗(yàn):將加載實(shí)驗(yàn)平臺(tái)7放置在可調(diào)節(jié)角度底座18上，根據(jù)可變架型液壓支架9的高度調(diào)整液壓加載裝置I的合適位置，利用布置在加載頂梁2下的加載液壓缸3，以及布置在加載液壓缸3下的加載墊板4，對放置在加載墊板下方的可變架型液壓支架進(jìn)行液壓加載，其中模擬工作面頂?shù)装鍘r石15放置在支架頂梁10上方和支架底板14下方；接著進(jìn)行信號(hào)采集和處理:將聲信號(hào)傳感器16黏貼在巖石15的外側(cè),聲信號(hào)放大器21米集傳輸?shù)穆曅盘?hào),壓力米集器23采集加載液壓缸3和液壓支架活柱11的壓力信號(hào)，傳輸給壓力傳感器5，再由壓力示波器接收和顯不壓力傳感器傳輸?shù)膲毫χ?，波形分析處理?2分析信號(hào)放大器21傳輸?shù)穆曅盘?hào)，并生成一些列的相關(guān)圖:應(yīng)力-能量相關(guān)圖、能量-時(shí)間相關(guān)圖，應(yīng)力-時(shí)間相關(guān)圖等，同時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測巖石內(nèi)部的裂隙分布和發(fā)育。
[0023]在上述基本工序完成的基礎(chǔ)上各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)通過控制不同的單因素條件而完成，分別為:
[0024]實(shí)驗(yàn)I):控制液壓加載裝置I的加載力大小，對比分析不同的加載力下可變架型液壓支架9的穩(wěn)定性和頂?shù)装鍘r石裂隙分布；實(shí)驗(yàn)2):通過選擇不同巖性的巖石15放置在可變架型液壓支架9上，液壓加載后研究支架活柱11受力和變形以及頂?shù)装鍘r石15破斷情況；實(shí)驗(yàn)3):通過變換可調(diào)節(jié)角度底座18的梯形體19和鉸接板20的鉸接方式，模擬不同傾角的工作面，液壓加載后觀察支架活柱11受力和和巖石15內(nèi)部裂隙發(fā)育；實(shí)驗(yàn)4):通過調(diào)節(jié)可變架型液壓支架9的頂梁10、掩護(hù)梁12、底板14、活柱11及前后連桿13的兩兩鉸接位置，模擬井下常用的三種架型液壓支架，即支撐式液壓支架、掩護(hù)式液壓支架、以及支撐掩護(hù)式液壓支架，然后進(jìn)行液壓加載實(shí)驗(yàn)，并通過信號(hào)采集和處理系統(tǒng)分析不同架型的支架適應(yīng)性。
[0025]上述試驗(yàn)中，設(shè)定聲發(fā)射測試裝置的主放為40dB，門檻值為40dB，探頭諧振頻率為20?400KHz，采樣頻率為IO6次/s，這樣得出的波形圖更加完整。
【權(quán)利要求】
1.一種礦用采煤工作面支護(hù)模擬測試平臺(tái)，其特征在于，包括可調(diào)節(jié)角度底座、加載實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、液壓加載裝置、可變架型液壓支架、巖石、信號(hào)采集系統(tǒng)以及信號(hào)處理器，其中：所述可調(diào)節(jié)角度底座包括兩幫穿孔的梯形體和鉸接板，通過改變兩兩之間的鉸接位置模擬常見的三種類型工作面，即近水平工作面、傾斜工作面、急傾斜工作面； 所述加載實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括兩根帶有等間距分布鉆孔的鋼梁，放置在可調(diào)節(jié)角度底座上； 所述液壓加載裝置包括加載頂梁、布置在加載頂梁下的加載液壓缸、以及布置在加載液壓缸下的加載墊板，所述加載頂梁與加載實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的鋼梁是通過鉆孔和螺栓鉸接在一起，可以上下移動(dòng)； 所述可變架型液壓支架放置在加載墊板下方，包括相互鉸接的打孔的鋼板、活柱及前后連桿，通過變換相互間的鉸接方式模擬井下常用的三種架型液壓支架，即支撐式液壓支架、掩護(hù)式液壓支架、以及支撐掩護(hù)式液壓支架； 所述巖石放置在支架頂梁上方和支架底板下方，根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的材料模擬采場的頂?shù)装澹? 所述信號(hào)采集系統(tǒng)包括黏貼在巖石的外側(cè)的聲信號(hào)傳感器、采集聲信號(hào)的聲信號(hào)放大器、采集加載液壓缸和液壓支架活柱的壓力信號(hào)的壓力采集器和壓力傳感器； 所述信號(hào)處理系統(tǒng)包括分析聲信號(hào)放大器輸送的聲信號(hào)的波形分析處理器、顯示壓力傳感器獲得的壓力值的壓力示波器。
2.如權(quán)利要求I所述一種礦用采煤工作面支護(hù)模擬測試平臺(tái)，其特征在于：所述可變架型液壓支架的活柱下部、加載液壓缸與加載墊板的作用面之間都連接了壓力采集器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種礦用采煤工作面支護(hù)模擬測試平臺(tái)，其特征在于：所述壓力采集器、壓力傳感器和壓力示波器是依次連接在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種礦用采煤工作面支護(hù)模擬測試平臺(tái)，其特征在于：所述聲信號(hào)傳感器、聲信號(hào)放大器、波形分析處理器是依次連接在一起。
【文檔編號(hào)】G01M13/00GK203551261SQ201320618109
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月8日
【發(fā)明者】彭瑞, 孟祥瑞, 趙光明, 黃四光, 縱帥 申請人:安徽理工大學(xué)