一種采煤工作面相似模擬實驗臺的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種采煤工作面相似模擬實驗臺，適用于工作面“圍巖-支護(hù)”關(guān)系的測試、頂?shù)装辶严栋l(fā)育程度，及液壓支架架型選取。包括底座、加載實驗平臺、液壓支架、巖石、信號采集系統(tǒng)以及信號處理系統(tǒng)。本實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，采集的信號經(jīng)壓力傳感器，由壓力示波器接收，可實時監(jiān)測工作面頂板和支架活柱受力，通過改變底座結(jié)構(gòu)，模擬不同傾角工作面，黏貼于巖石上的聲信號傳感器，經(jīng)放大器，將聲信號傳給聲波波形分析器，根據(jù)液壓支架結(jié)構(gòu)特點，選擇合適架型；從而實現(xiàn)了在一種實驗平臺上，模擬不同采場環(huán)境下多種架型的支護(hù)實驗，判斷“圍巖-支護(hù)”關(guān)系，從微觀角度上分析了采場頂?shù)装宸€(wěn)定性。
【專利說明】一種采煤工作面相似模擬實驗臺

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本實用新型涉及一種采煤工作面相似模擬實驗臺，其適用于測試工作面“圍巖-支護(hù)”關(guān)系、及頂?shù)装辶严栋l(fā)育程度，以及選取液壓支架架型。

【背景技術(shù)】
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[0002]礦山井下沖擊地壓、瓦斯噴出、工作面壓架等煤巖動力災(zāi)害，給國家財產(chǎn)和礦工人身安全帶來極大威脅，而這些災(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，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，會發(fā)生煤巖體的損傷破裂，與此同時，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)射實驗方法，在實驗基礎(chǔ)上探討聲發(fā)射信號與巖石破裂演化過程的關(guān)系，得出符合實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。將采煤工作面相似模擬實驗臺與聲發(fā)射測試裝置以及壓力測試系統(tǒng)相結(jié)合，能夠測試加載過程中采煤工作面頂?shù)装宓膸r石破裂聲信號，預(yù)測頂?shù)装鍘r石損傷破裂的演化規(guī)律；研究加載過程中“圍巖-支護(hù)”之間的相互作用關(guān)系；并根據(jù)不同架型液壓支架的測試結(jié)果，選擇適合的液壓支架。目前的采煤工作面相似模擬實驗臺，存在以下的不足:
[0004]①沒有充分考慮圍巖內(nèi)部破壞的機(jī)理，即裂隙發(fā)育對圍巖穩(wěn)定性影響；
[0005]②無法及時調(diào)整模擬工作面的傾角；
[0006]③無法針對不同采煤工作面條件選擇合適架型的液壓支架；
[0007]因此，需要對上述采煤工作面相似模擬實驗臺進(jìn)行改進(jìn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0008]本實用新型提出了一種采煤工作面相似模擬實驗臺，是為了解決國內(nèi)現(xiàn)有的支護(hù)模擬實驗臺的結(jié)構(gòu)簡單、無法動態(tài)的監(jiān)測采場頂?shù)装鍘r石破裂演化規(guī)律和“圍巖-支護(hù)”相互作用關(guān)系，以及無法對液壓支架的架型進(jìn)行選取工作等問題。
[0009]解決以上弊端采用了如下技術(shù)方案。本實用新型包括底座、加載實驗平臺、液壓支架、巖石、信號采集系統(tǒng)以及信號處理系統(tǒng)，其中:所述底座包括相互鉸接的底板、承壓板和底座前后連桿，通過改變相互之間鉸接位置，模擬常見的三種類型采煤工作面，即水平工作面、傾斜工作面、急傾斜工作面；所述加載實驗平臺放置在底座上，包括兩根穿孔加載立柱、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墊板，所述加載頂梁與穿孔加載立柱是通過螺母和螺桿鉸接在一起，可以上下移動；所述液壓支架放置在墊板下方，包括相互鉸接的底梁、頂梁、掩護(hù)梁、活柱及前后連桿，通過變換相互間的鉸接方式，模擬井下常用架型的液壓支架，即支撐式液壓支架、掩護(hù)式液壓支架、支撐掩護(hù)式液壓支架；所述巖石放置在液壓支架頂梁上方和液壓支架底梁下方，根據(jù)實際工況選擇相應(yīng)的巖石模擬采煤工作面的頂?shù)装澹凰鲂盘柌杉到y(tǒng)包括黏貼在巖石外側(cè)的聲信號傳感器、放大器，以及連接在加載液壓缸和液壓支架活柱上的壓力采集器和壓力傳感器；所述信號處理系統(tǒng)包括聲波波形分析器、壓力示波器；所述液壓支架的活柱下部、加載液壓缸與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；所述聲信號傳感器、放大器、聲波波形分析器是依次連接在一起。
[0010]本實用新型具有的優(yōu)點和積極效果是:本實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，采集的信號經(jīng)壓力傳感器，由壓力示波器接收，可實時監(jiān)測工作面頂板和支架活柱受力，通過改變底座結(jié)構(gòu)，模擬不同傾角工作面，黏貼于巖石上的聲信號傳感器，經(jīng)放大器，將聲信號傳給聲波波形分析器，根據(jù)液壓支架結(jié)構(gòu)特點，選擇合適架型；從而實現(xiàn)了在一種實驗平臺上，模擬不同采場環(huán)境下多種架型支架的支護(hù)實驗，判斷“圍巖-支護(hù)”關(guān)系，從微觀角度上分析了采場頂?shù)装宸€(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0011]圖1為本實用新型主視圖；
[0012]圖2 (a)加載實驗平臺圖；
[0013]圖2(b)加載實驗平臺側(cè)視圖；
[0014]圖3液壓支架及其零部件圖；
[0015]圖4 60°底座圖；
[0016]圖5 30°底座圖；
[0017]圖6底座零部件圖；
[0018]圖中:1_加載實驗平臺；2_加載頂板；3_加載液壓缸；4-墊板；5_壓力傳感器；6-壓力示波器；7_穿孔加載立柱；8_螺桿和螺母；9_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-支架底梁；15_巖石；16-聲信號傳感器；17_底座；18 (a)-底板；18(b)-承壓板；19-底座前后連桿；20_聲信號放大器；21_波形分析處理器；22_壓力采集器。

【具體實施方式】
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[0019]為能進(jìn)一步了解本實用新型的內(nèi)容、特點及功效，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0020]本實用新型是一種根據(jù)相似模擬原理和真實采煤工作面的環(huán)境設(shè)計的，利用信號采集系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測“支架-圍巖”相互作用關(guān)系、動態(tài)觀察工作面頂?shù)装鍍?nèi)部裂隙發(fā)育、并了解不同架型液壓支架在不同采場環(huán)境下支護(hù)效果的實驗平臺。
[0021]該實驗平臺可進(jìn)行如下實驗:1)模擬不同埋深和傾角的工作面，以及不同巖性的頂?shù)装?，分析埋深和傾角對“圍巖-支護(hù)”關(guān)系穩(wěn)定性和頂?shù)装鍘r石破裂情況的影響；2)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項實驗需要完成的基本的工序是:首先進(jìn)行加載和組裝測試實驗:將加載實驗平臺7放置在底座18上，根據(jù)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液壓支架進(jìn)行加載，其中模擬工作面頂?shù)装鍘r石15放置在液壓支架頂梁10上方和支架底板14下方；接著進(jìn)行信號采集和處理:將聲信號傳感器16黏貼在巖石15的外側(cè)，放大器21放大聲信號，壓力采集器23采集加載液壓缸3和液壓支架活柱11的壓力信號，傳輸給壓力傳感器5，再由壓力示波器接收和顯示壓力傳感器傳輸?shù)膲毫χ?，聲波波形分析?2分析放大器21傳輸?shù)穆曅盘?，并生成一些列的相關(guān)圖:應(yīng)力-能量相關(guān)圖、能量-時間相關(guān)圖，應(yīng)力-時間相關(guān)圖等，同時動態(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)上各項實驗通過控制不同的單因素條件而完成，分別為:
[0024]實驗I):控制加載實驗平臺I的加載力大小模擬不同埋深條件，以及通過變換底座角度模擬不同傾角的工作面，再由不同材料巖石15模擬不同巖性的采場頂?shù)装?，對比分析不同采場條件下液壓支架9的穩(wěn)定性和頂?shù)装鍘r石裂隙分布；實驗2):通過變換液壓支架9的頂梁10、掩護(hù)梁12、底板14、活柱11及支架前后連桿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)行加載實驗，并通過信號采集和處理系統(tǒng)分析不同架型的支架適應(yīng)性。
【權(quán)利要求】
1.一種采煤工作面相似模擬實驗臺，其特征在于，包括底座、加載實驗平臺、液壓支架、巖石、信號采集系統(tǒng)以及信號處理系統(tǒng)，其中:所述底座包括相互鉸接的底板、承壓板和底座前后連桿，通過改變底座前后連桿與底板、承壓板之間鉸接位置，模擬常見的三種類型采煤工作面，即水平工作面、傾斜工作面、急傾斜工作面； 所述加載實驗平臺放置在底座上，包括兩根穿孔加載立柱、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墊板，所述加載頂梁與穿孔加載立柱是通過螺母和螺桿鉸接在一起，可以上下移動； 所述液壓支架放置在墊板下方，包括相互鉸接的底板、頂板、掩護(hù)板、活柱及前后連桿，通過變換相互間的鉸接方式，模擬井下常用架型的液壓支架，即支撐式液壓支架、掩護(hù)式液壓支架、支撐掩護(hù)式液壓支架； 所述巖石放置在液壓支架頂板上方和液壓支架底板下方，根據(jù)實際工況選擇相應(yīng)的材料模擬采煤工作面的頂?shù)装澹? 所述信號采集系統(tǒng)包括黏貼在巖石外側(cè)的聲信號傳感器、放大器，以及連接在加載液壓缸和液壓支架活柱上的壓力采集器和壓力傳感器； 所述信號處理系統(tǒng)包括聲波波形分析器、壓力示波器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種采煤工作面相似模擬實驗臺，其特征在于:所述液壓支架的活柱下部、加載液壓缸與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1所述一種采煤工作面相似模擬實驗臺，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1所述一種采煤工作面相似模擬實驗臺，其特征在于:所述聲信號傳感器、放大器、聲波波形分析器是依次連接在一起。
【文檔編號】G01N29/14GK204101517SQ201420559921
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】彭瑞, 孟祥瑞, 趙光明 申請人:安徽理工大學(xué)