本發(fā)明涉及煤矸石顆粒沖擊領(lǐng)域，尤其涉及一種用于煤矸石顆粒沖擊的實驗裝置及方法。

背景技術(shù)：

綜合機械化放頂采煤法是現(xiàn)今煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛，適應(yīng)性和采煤效率最高的一種采煤方式，尤其在我國更是厚煤層開采的高效采煤方式。實現(xiàn)綜放自動化、無人化能夠大大提高生產(chǎn)效率及安全水平，能把工人在最危險惡劣的工作環(huán)境中解放出來，這是煤炭開采技術(shù)發(fā)展的最主要趨勢；要實現(xiàn)綜采放頂煤無人自動化必須解決煤矸識別這一“瓶頸”問題。因此，現(xiàn)有技術(shù)有待于更進一步的改進和發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于煤矸石顆粒沖擊的實驗裝置及方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明方案包括：

一種用于煤矸石顆粒沖擊的實驗裝置，其包括煤矸石放料機構(gòu)，其中，煤矸石放料機構(gòu)一側(cè)設(shè)置有沖擊機構(gòu)，沖擊機構(gòu)用于沖擊煤矸石放料機構(gòu)內(nèi)放置的煤矸石顆粒；上述煤矸石放料機構(gòu)包括底座，底座上設(shè)置有豎直布置的升降油缸，升降油缸的上端設(shè)置有料斗支撐臺，料斗支撐臺上鉸接有料斗，料斗的前端鉸接有一料斗調(diào)節(jié)油缸，料斗調(diào)節(jié)油缸的另一端鉸接在料斗支撐臺上，料斗的一側(cè)設(shè)置有斗門，斗門上配置有斗門開關(guān)油缸；上述沖擊機構(gòu)的沖擊靶板與上述斗門相適配。

所述的實驗裝置，其中，上述沖擊機構(gòu)包括設(shè)置在上述底座一側(cè)的基座，基座上端與上述沖擊靶板的一端相鉸接，沖擊靶板的另一端通過角度調(diào)節(jié)油缸鉸接在上述基座上。

所述的實驗裝置，其中，上述煤矸石放料機構(gòu)、沖擊機構(gòu)均與一控制中心通信連接，控制中心包括布置在沖擊靶板上的振動傳感器與布置在基座上的聲傳感器，振動傳感器、聲傳感器均與一信號收集卡通信連接，信號收集卡與一工控機通信連接。

所述的實驗裝置，其中，上述煤矸石放料機構(gòu)配置有一CT掃描儀，該CT掃描儀與上述控制中心通信連接。

一種使用所述實驗裝置的方法，其包括以下步驟：

當(dāng)進行單顆粒沖擊試驗時，先將試驗用煤顆?；蛘唔肥w粒置于CT掃描儀進行掃描，確定內(nèi)部裂隙的微觀參數(shù)，將掃描后的巖石置于煤矸石放料機構(gòu)內(nèi)，并通過調(diào)節(jié)升降油缸使料斗提升到指定高度，控制沖擊靶板和料斗的角度，確定沖擊條件，打開料斗的斗門，進行沖擊試驗，利用振動傳感器檢測振動信號，分析煤顆粒或者矸石顆粒之沖擊靶板振動信號的區(qū)別；

然后分別實驗不同高度、靶板角度、沖擊位置、靶板厚度、振動傳感器位置條件下振動信號的區(qū)別，確定利用沖擊信號阻尼特征實現(xiàn)煤矸的識別；

然后將沖擊后的煤顆?；蛘唔肥w粒進行CT掃描，通過沖擊前后裂隙等微觀參數(shù)對比，以及試驗與數(shù)值模擬裂隙參數(shù)對比，得到煤顆?；蛘唔肥w粒的沖擊阻尼特征產(chǎn)生機理；

或者當(dāng)進行顆粒群沖擊試驗時，將試驗用煤顆粒群或者矸石顆粒群放置在煤矸石放料機構(gòu)內(nèi)，依據(jù)預(yù)設(shè)沖擊條件，利用高速攝像機記錄沖擊過程并檢測振動信號，高速攝像機記錄的數(shù)據(jù)和振動信號用于與數(shù)值模擬結(jié)果宏觀現(xiàn)象的對比，同時振動信號還用于確定沖擊過程的接觸阻尼，進行煤矸辨識；然后將煤顆粒群或者矸石顆粒群依次同時置于料斗內(nèi)，進行沖擊試驗，觀測沖擊由煤變成矸石時振動信號的變化，得到，得到煤顆?；蛘唔肥w粒的沖擊阻尼特征產(chǎn)生機理。

本發(fā)明提供的一種用于煤矸石顆粒沖擊的實驗裝置及方法，對不同工況下靶板的振動信號進行分析處理，確定信號差異，研究間接沖擊過程中覆蓋物對沖擊阻尼特征可識別度的影響，并將試驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果相對比，通過接觸力場、速度場以及覆蓋物對沖擊物擾動行為分析，揭示間接振動差異產(chǎn)生機理，確定煤和矸間接沖擊條件下利用振動信號阻尼特征實現(xiàn)煤矸的識別，用于研究放頂煤過程中煤矸直接沖擊尾梁、煤矸間接沖擊尾梁和煤矸在尾梁表面滑移三種現(xiàn)象，利用所搭建的煤和矸石顆粒沖擊實驗裝置對放頂煤過程進行模擬，對尾梁振動信號進行檢測，從而提取特征阻尼、特征摩擦系數(shù)，以此實現(xiàn)煤矸的識別，提高了實驗數(shù)據(jù)的準確性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中煤矸石顆粒沖擊的實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中煤矸石放料機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中沖擊機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中控制中心的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明中調(diào)整沖擊機構(gòu)與煤矸石放料機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種用于煤矸石顆粒沖擊的實驗裝置及方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種用于煤矸石顆粒沖擊的實驗裝置及方法，如圖1、圖2、圖3與圖4所示的，其包括煤矸石放料機構(gòu)1，其中，煤矸石放料機構(gòu)1一側(cè)設(shè)置有沖擊機構(gòu)2，沖擊機構(gòu)2用于沖擊煤矸石放料機構(gòu)1內(nèi)放置的煤矸石顆粒；上述煤矸石放料機構(gòu)1包括底座24，底座24上設(shè)置有豎直布置的升降油缸16，升降油缸16的上端設(shè)置有料斗支撐臺14，料斗支撐臺14上鉸接有料斗11，料斗11的前端鉸接有一料斗調(diào)節(jié)油缸13，料斗調(diào)節(jié)油缸13的另一端通過油缸固定臺15鉸接在料斗支撐臺14上，料斗11的一側(cè)設(shè)置有斗門，斗門上配置有斗門開關(guān)油缸12，通過斗門開關(guān)油缸12控制斗門的開閉；上述沖擊機構(gòu)2的沖擊靶板21與上述斗門相適配，當(dāng)斗門打開時，沖擊靶板21沖擊料斗11內(nèi)的煤顆粒或者矸石顆粒。

更進一步的，上述沖擊機構(gòu)2包括設(shè)置在上述底座24一側(cè)的基座23，基座23上端與上述沖擊靶板21的一端相鉸接，沖擊靶板21的另一端通過角度調(diào)節(jié)油缸22鉸接在上述基座23上，以調(diào)整沖擊靶板21的沖擊角度，如圖5所示的，可以進行多種實驗。

在本發(fā)明的另一較佳實施例中，如圖4所示的，上述煤矸石放料機構(gòu)1、沖擊機構(gòu)2均與一控制中心3通信連接，控制中心3包括布置在沖擊靶板21上的振動傳感器31與布置在基座上的聲傳感器32，振動傳感器31、聲傳感器32均與一信號收集卡33通信連接，信號收集卡33與一工控機34通信連接。而且上述煤矸石放料機構(gòu)1配置有一CT掃描儀，該CT掃描儀與上述控制中心3通信連接，用于實時掃描煤顆粒或者矸石顆粒的內(nèi)部參數(shù)。

本發(fā)明還提供了一種使用上述實驗裝置的方法，其包括以下步驟：

當(dāng)進行單顆粒沖擊試驗時，先將試驗用煤顆?；蛘唔肥w粒置于CT掃描儀進行掃描，確定內(nèi)部裂隙的微觀參數(shù)，將掃描后的巖石置于煤矸石放料機構(gòu)1內(nèi)，并通過調(diào)節(jié)升降油缸16使料斗11提升到指定高度，控制沖擊靶板21和料斗11的角度，確定沖擊條件，打開料斗11的斗門，進行沖擊試驗，利用振動傳感器31檢測振動信號，分析煤顆?；蛘唔肥w粒之沖擊靶板振動信號的區(qū)別；

如圖5所示的，其中m₁為煤顆?；蛘唔肥w粒質(zhì)量，r為轉(zhuǎn)角，L為沖擊點與銷軸距離，t為振動傳感器與銷軸距離，v為沖擊速度，h為尾梁板厚度。然后分別實驗不同高度、靶板角度、沖擊位置、靶板厚度、振動傳感器位置條件下振動信號的區(qū)別，確定利用沖擊信號阻尼特征實現(xiàn)煤矸的識別；

然后將沖擊后的煤顆?；蛘唔肥w粒進行CT掃描，通過沖擊前后裂隙等微觀參數(shù)對比，以及試驗與數(shù)值模擬裂隙參數(shù)對比，得到煤顆粒或者矸石顆粒的沖擊阻尼特征產(chǎn)生機理；

或者當(dāng)進行顆粒群沖擊試驗時，將試驗用煤顆粒群或者矸石顆粒群放置在煤矸石放料機構(gòu)1內(nèi)，依據(jù)預(yù)設(shè)沖擊條件，利用高速攝像機記錄沖擊過程并檢測振動信號，高速攝像機記錄的數(shù)據(jù)和振動信號用于與數(shù)值模擬結(jié)果宏觀現(xiàn)象的對比，同時振動信號還用于確定沖擊過程的接觸阻尼，進行煤矸辨識；然后將煤顆粒群或者矸石顆粒群依次同時置于料斗11內(nèi)，進行沖擊試驗，觀測沖擊由煤變成矸石時振動信號的變化，得到，得到煤顆?；蛘唔肥w粒的沖擊阻尼特征產(chǎn)生機理。

當(dāng)然，以上說明僅僅為本發(fā)明的較佳實施例，本發(fā)明并不限于列舉上述實施例，應(yīng)當(dāng)說明的是，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本說明書的教導(dǎo)下，所做出的所有等同替代、明顯變形形式，均落在本說明書的實質(zhì)范圍之內(nèi)，理應(yīng)受到本發(fā)明的保護。