一種采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及礦山機(jī)械領(lǐng)域，特別是涉及一種用于模擬現(xiàn)場采煤的采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]相似模擬模型和裝置用于模擬地下煤層開挖過程，通過模擬人工開挖煤層及煤層上方巖層的變化情況，來推測實(shí)際開挖過程中煤層頂板巖層的變化情況，所以稱之為相似模型。
[0003]但是現(xiàn)有技術(shù)中的相似模型存在如下缺陷:
[0004]首先，開挖過程為人工拿細(xì)鐵棍開挖，一般為每隔兩個(gè)小時(shí)開挖一定距離煤層(如50mm左右)，這種方法不符合相似模擬的相似推采速度(按照100:1的相似比，這就意味著煤炭一下往前推采5m，這是不科學(xué)的)，即按照一定的速度開挖，且一般一個(gè)模型需要三天三夜以上時(shí)間連續(xù)開挖，這又要求實(shí)驗(yàn)人員在晚上還需要每隔兩個(gè)小時(shí)開挖一次，一個(gè)實(shí)驗(yàn)一般需要3-5名開挖人員，工作量非常大，非常不便。
[0005]第二，工作人員在開挖時(shí)，由于相似模型裝置一般寬300mm，在中間部位模型相對堅(jiān)硬且看不清，經(jīng)常挖錯(cuò)頂板或者底板等，對于實(shí)驗(yàn)的結(jié)果影響較大。
[0006]第三，有時(shí)候模型相對堅(jiān)硬，需要使用很大的力氣才能挖動，在模型中間部位，甚至需要敲打才能挖動，這種震動、敲打或者無意識的觸碰到頂板，都相當(dāng)于實(shí)際生產(chǎn)中很大的沖擊地壓的影響，因此對于某些研究頂板結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)等結(jié)果影響較大。
[0007]最后，相似模擬目前主要研究頂?shù)装宓膽?yīng)力特征，頂板的垮落特征等，但是目前還沒有能夠模擬工作面采場支架模擬裝置以及它的運(yùn)移和應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)和方法，對于相似模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果影響較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可以提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性，大大降低工作強(qiáng)度，使實(shí)驗(yàn)更加智能化的采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)。
[0009]—種采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)，設(shè)置在相似模擬模型中，所述相似模擬模型包括架體、設(shè)置在所述架體上的煤層及設(shè)置在其底部的兩側(cè)的支撐桿，設(shè)置于所述煤層上部和下部的其他巖層，所述采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)設(shè)置在所述煤層中，在所述支撐桿上運(yùn)行，所述采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)包括采煤模擬裝置和位于其后側(cè)的液壓支架模擬裝置，所述液壓支架模擬裝置包括底板、頂板、應(yīng)力計(jì)量器、驅(qū)動裝置和擋板，其中，所述應(yīng)力計(jì)量器的頂部和底部分別與所述頂板和底板連接，所述擋板的上端與所述頂板的后端相連，所述擋板與所述頂板之間的角度為鈍角，驅(qū)動裝置驅(qū)動所述液壓支架模擬裝置移動；所述頂板與水平面之間的角度為3°，頂板的后端高于前端，所述擋板與所述頂板之間的角度為120°。
[0010]本發(fā)明所述的采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)，其中所述應(yīng)力計(jì)量器包括第一殼體和設(shè)置在其內(nèi)部的內(nèi)柱，所述內(nèi)柱可在所述第一殼體內(nèi)自由上下滑動，所述內(nèi)柱的頂部與所述頂板固定連接，在所述第一殼體的底端連接有應(yīng)變膜，并且所述應(yīng)變膜覆蓋所述第一殼體的底端，所述應(yīng)變膜、所述第一殼體和所述內(nèi)柱之間形成氣腔，在所述氣腔內(nèi)設(shè)置有氣囊，所述氣囊由塑膠膜密封而成，所述應(yīng)變膜通過數(shù)據(jù)線與應(yīng)變儀連接，所述應(yīng)變儀與計(jì)算機(jī)連接。
[0011]本發(fā)明所述的采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)，其中所述第一殼體的底端連接第二殼體，所述第二殼體的厚度小于所述第一殼體的厚度，所述第二殼體的底端連接支撐板；
[0012]所述內(nèi)柱、所述第一殼體、所述第二殼體均為圓柱形，所述數(shù)據(jù)線的一端接頭設(shè)置在所述第一殼體的底端上的所述應(yīng)變膜上，所述第二殼體上設(shè)置有通孔，所述數(shù)據(jù)線的另一端從所述通孔中穿出，與所述應(yīng)變儀相連；在所述第二殼體上均勻設(shè)置有多個(gè)透氣孔。
[0013]本發(fā)明所述的采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)，其中所述應(yīng)力計(jì)量器還包括高度調(diào)節(jié)裝置，所述高度調(diào)節(jié)裝置由螺紋連接的外螺旋桿和內(nèi)螺旋桿構(gòu)成，所述內(nèi)螺旋桿的下端固定在所述底板上，所述外螺旋桿的上端與所述支撐板相連，在所述支撐板的邊緣設(shè)置有卡槽，所述外螺旋桿的頂部固定有與所述卡槽相配合的卡片，所述卡片設(shè)置在所述卡槽內(nèi)，并可在所述卡槽內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。
[0014]本發(fā)明所述的采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)，其中所述內(nèi)柱的前端與所述頂板的前端之間的距離為40mm，所述擋板的底端距離所述底板的后端之間的水平距離為15mm。
[0015]本發(fā)明所述的采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)，其中，在自由狀態(tài)下，所述內(nèi)柱的頂端與所述第一殼體的頂端之間的距離為7_，所述內(nèi)柱的直徑為8_，高度為15_，所述第一殼體的厚度為5mm，所述第二殼體的厚度為1.5mm，外徑與所述第一殼體的外徑一致，所述高度調(diào)節(jié)裝置的高度為15mm，所述底板的長度為60mm，所述頂板的長度為70mm，所述擋板的長度為50mm，在所述底板的底部設(shè)置有輪體，所述輪體與所述驅(qū)動裝置相連。
[0016]本發(fā)明所述的采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)，其中，所述應(yīng)力計(jì)量器為并排設(shè)置的兩個(gè)。
[0017]本發(fā)明所述的采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)，其中，所述采煤機(jī)模擬裝置包括滾筒、滾筒驅(qū)動裝置、采煤機(jī)驅(qū)動裝置，所述滾筒分為左右對稱的兩部分，中間為齒輪螺紋，與所述滾筒驅(qū)動裝置相連，在所述滾筒上設(shè)置有螺旋葉片，在所述螺旋葉片的邊緣均勻設(shè)置有釘齒，所述釘齒具有銳利的尖部，且尖部方向向外設(shè)置，左右兩部分滾筒上的螺旋葉片的旋轉(zhuǎn)方向反向設(shè)置，即相對于所述齒輪螺紋對稱設(shè)置。
[0018]本發(fā)明所述的采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)，其中，在所述滾筒上均勻設(shè)置有多個(gè)煤刷，所述煤刷的長度同所述螺旋葉片的高度長2_ ;所述采煤機(jī)模擬裝置還包括輪體，所述輪體與所述采煤機(jī)驅(qū)動裝置相連。
[0019]本發(fā)明所述的采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)，其中，所述應(yīng)力計(jì)量器為并排設(shè)置的兩個(gè)。
[0020]本發(fā)明所述的采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)的使用方法，包括如下步驟:
[0021](A)準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)工具、材料和儀器設(shè)備；
[0022](B)按照相似原理，分層鋪設(shè)需要模擬的煤巖層，要保證鋪設(shè)的煤巖層層面平直，在需要監(jiān)測應(yīng)力的巖層鋪設(shè)應(yīng)變片，將所述應(yīng)變片的數(shù)據(jù)線都引向一側(cè)，從相似模擬裝置兩側(cè)圓孔中穿出，同時(shí)安裝側(cè)護(hù)板；
[0023](C)風(fēng)干、養(yǎng)護(hù)模型一周，期間將相似模擬裝置的部分側(cè)護(hù)板和煤層對應(yīng)的兩側(cè)側(cè)護(hù)板卸下；
[0024](D)補(bǔ)償缺少的載荷，通過杠桿或者配重鐵塊，加于上覆巖層層面之上以補(bǔ)償缺失的載荷；
[0025](E)在相似模擬裝置上安裝支撐架，所述支撐架與煤層底板平行，設(shè)置在所述煤層的兩側(cè)，兩側(cè)支撐架距離所述采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)各15mm ;
[0026](F)人工開挖一個(gè)130_長的切眼，安裝整套裝置，調(diào)整螺旋桿高度，使頂板液壓支架模擬裝置頂板與煤層頂板接觸，根據(jù)煤礦實(shí)際開采速度，移架距離確定裝置參數(shù)，連接數(shù)據(jù)線，接通電源，開挖模型；
[0027](G)開挖過程中，對頂板壓力和頂板離層數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測、儲存并對結(jié)果進(jìn)行最后分析。
[0028]本發(fā)明采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于:
[0029]本發(fā)明采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0030]首先，設(shè)計(jì)了自動開挖、自動推進(jìn)的采煤模擬裝置，可以實(shí)現(xiàn)完全模擬煤炭實(shí)際開采速度開挖煤層。無需人工操作，提高了實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性，并且節(jié)省了大量人工作業(yè)量；
[0031]其次，設(shè)計(jì)了可監(jiān)測頂板壓力的液壓支架模擬裝置，可以監(jiān)測煤層開挖后頂板應(yīng)力特征，與實(shí)際監(jiān)測值作為對比，可以很好地反應(yīng)相似模擬結(jié)果準(zhǔn)確度；
[0032]最后，設(shè)計(jì)了液壓支架驅(qū)動裝置，可以模擬煤礦實(shí)際移架情況來推動支架，可以更大程度提高相似模擬實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度。
[0033]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)作進(jìn)一步說明。
【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖2為本發(fā)明采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)的側(cè)視圖；
[0036]圖3為本發(fā)明采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)的應(yīng)力計(jì)量器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖4為本發(fā)明采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)的采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]實(shí)施例1
[0039]如圖1?圖4所示，一種采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)，設(shè)置在相似模擬模型中，相似模擬模型包括架體、設(shè)置在架體上的煤層及設(shè)置在其底部的兩側(cè)的支撐桿，設(shè)置于煤層上部和下部的其他巖層，采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)設(shè)置在煤層中，在支撐桿上運(yùn)行，采煤支護(hù)模擬系統(tǒng)包括采煤模擬裝置和位于其后側(cè)的液壓支架模擬裝置，液壓支架模擬裝置包括底板1、頂板2、應(yīng)力計(jì)量器、驅(qū)動裝置和擋板3，其中，應(yīng)力計(jì)量器的頂部和底部分別與頂板2和底板I連接，擋板3的上端與頂板2的后端相連，擋板3與頂板2之間的角度為鈍角，驅(qū)動裝置驅(qū)動液壓支架模擬裝置移動。
[0040]應(yīng)力計(jì)量器為并排設(shè)置的兩個(gè)，應(yīng)力計(jì)量器包括第一殼體4和設(shè)置在其內(nèi)部的內(nèi)柱5，內(nèi)柱5可在第一殼體4內(nèi)自由上下滑動，與外圍外殼滑動摩擦，內(nèi)柱與外殼表面均十分光滑，摩擦力極小，不影響應(yīng)力測量；內(nèi)柱5的頂部與頂板2固定連接，在第一殼體4的底端連接有應(yīng)變膜6，并且應(yīng)變膜6覆蓋第一殼體4的底端，應(yīng)變膜6、第一殼體4和內(nèi)柱5之間形成氣腔，在氣腔內(nèi)設(shè)置有氣囊7，氣囊7由塑膠膜密封而成，應(yīng)變膜6通過數(shù)據(jù)線8與應(yīng)變儀連接，應(yīng)變儀與計(jì)算機(jī)連接。根據(jù)上方氣腔壓強(qiáng)的大小產(chǎn)生相應(yīng)的形變，經(jīng)過數(shù)據(jù)線8傳輸?shù)綉?yīng)變儀上，最終連接到電腦，數(shù)據(jù)顯示并存儲在計(jì)算機(jī)上；
[0041]第一殼體4的底端連接第二殼體9，第二殼體9的厚度小于第一殼體4的厚度，第二殼體9的底端連接支撐板10 ;
[0042]內(nèi)柱5、第一殼體4、第二殼體9均為圓柱形，數(shù)據(jù)線8的一端接頭設(shè)置在第一殼體4的底端上的應(yīng)變膜6上此設(shè)計(jì)是防止線頭自身重力影響應(yīng)變膜6變形，從而保證測量精確度；第二殼體9上設(shè)置有通孔，數(shù)據(jù)線8的另一端從通孔中穿出，與應(yīng)變儀相連；在第二殼體9上均勻設(shè)置有多個(gè)透氣孔。
[0043]應(yīng)力計(jì)量器還包括高度調(diào)節(jié)裝置，高度調(diào)節(jié)裝置由螺紋連接的外螺旋桿11和內(nèi)螺旋桿12構(gòu)成，內(nèi)螺旋桿12的下端固定在底板I上，外螺旋桿11的上端與支撐板10相連，在支撐板10的邊緣設(shè)置有卡槽13，外螺旋桿11的頂部固定有與卡槽13相配合的卡片14，卡片14設(shè)置在卡槽13內(nèi)，并可在卡槽13內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。
[0044]頂板2與水平面之間的角度為3°，頂板2的后端高于前端，此設(shè)計(jì)是為了讓液壓支架模擬裝置能充分模擬支架隨著煤層開采移架的工序，夾角度數(shù)太小或者夾角為零，液壓支架頂板可能會碰到煤層頂