CN104614191B - 一种顶煤放出率与矿压显现关系实验台及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶煤放出率与矿压显现关系实验台及应用方法。所述顶煤放出率与矿压显现关系实验台，包括骨架机构、采煤机构、支护行走放顶煤机构及数据采集分析机构。本发明通过骨架机构、采煤机构、支护行走放顶煤机构及数据采集分析机构的高效配合，可测量出相同地质条件下不同采放比、放煤方式、放煤工艺对顶煤放出率的影响及浅埋深薄基岩厚松散层地质条件下顶煤放出率对工作面矿山压力显现的影响，达到精确模拟工作面地质情况，高效精准预测工作面开采事故并采取有效措施避免事故发生的目的。

Description

一种顶煤放出率与矿压显现关系实验台及应用方法

技术领域

本发明涉及矿山工程技术领域，尤其涉及一种顶煤放出率与矿压显现关系实验台及应用方法。

背景技术

近十余年来，顶板事故已占煤矿各类事故的首位。因此预防与控制煤矿顶板事故对于煤矿安全生产具有重大意义。在薄基岩浅埋深厚煤层开采过程中发生过严重的顶板事故，尤其是在西部矿区浅埋深、薄基岩、厚松散含水层的条件下，发生过大面积的顶板台阶下沉压垮工作面支架、工作面漏顶压垮支架、松散层内渗水引起漏顶溃沙、顶板突然垮落咫风冲击和切眼冒顶等事故。因此通过相应的实验台研究矿区浅埋深、薄基岩、厚松散含水层条件下综采放顶煤高效开采的顶板事故预测与控制具有重大理论意义与实用价值。基于上述情况，迫切需要一种顶煤放出率与矿压显现关系实验台，达到精确模拟工作面地质情况，高效精准预测工作面开采事故并采取有效措施避免事故发生的目的。

发明内容

本发明实施例的目的在于提出一种顶煤放出率与矿压显现关系实验台，通过骨架机构、采煤机构和支护行走放顶煤机构的高效配合，可测量出相同地质条件下不同采放比、放煤方式、放煤工艺对顶煤放出率的影响及浅埋深薄基岩厚松散层地质条件下顶煤放出率对工作面矿山压力显现的影响，达到精确模拟工作面地质情况，高效精准预测工作面开采事故并采取有效措施避免事故发生的目的。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种顶煤放出率与矿压显现关系实验台，包括:

骨架机构，包括连接模板、连接块、挤压螺钉、钢梁、加压螺杆、加压千斤顶、四角支柱、模板托架、连接孔，所述挤压螺钉通过螺空固定于连接块上并通过其挤压作用将连接模板固定于连接块内，所述连接模板根据实验要求的高度叠放于模板托架上，所述模板托架刚连接于四角支柱中下部，四个所述四角支柱通过加压螺杆固定成形，所述钢梁置于顶部加压螺杆下方，并且其底部连接加压千斤顶；

采煤机构，包括底板卡槽、底板卡片、条形底板、旋转轴，所述底板卡槽成排间隔性地置于底部连接模板中下部，所述旋转轴端部固定于底板卡槽一侧边缘固定于条形底板一边上，所述底板卡片托起条形底板并嵌于底板卡槽内，通过底板卡片的插拔实现所述条形底板绕旋转轴的旋转；

支护行走放顶煤机构，包括液压支架、行走丝杆、动力传递块、移架放煤丝杆、控制槽、支撑杆、移架块、承力板、放煤块、曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构、控制弹簧、前探伸缩梁、放煤口、溜煤槽、滑块、滑槽、钢丝，所述行走丝杆两端通过轴承固定于四角支柱上，内部具有螺纹的动力传递块两侧分别连接行走丝杆和移架放煤丝杆，移架滑块及放煤滑块内部具有螺纹的一端通过控制槽连接于移架放煤丝杆上，所述放煤滑块另一端滑嵌于所述曲柄滑块机构的滑块上，移架滑块另一端工作时顶撞于承力板上，所述控制槽及曲柄滑块机构曲柄摇杆机构的部分结构置于支撑杆上，所述曲柄滑块机构的滑块通过滑槽置于液压支架上，所述放煤口为曲柄摇杆机构一连杆，所述溜煤槽滑接于四角支柱下部的钢丝上，所述前探伸缩梁嵌于液压支架前梁内部并通过内置的控制弹簧控制其伸缩；

数据采集分析机构，包括应力片、数据线、应力分析仪、超声波探头、裂隙高度分析仪，所述应力分析仪通过数据线与置于煤层直接顶中的应力片相连，所述裂隙高度分析仪通过数据线与置于模拟地质体上下部的超声波探头相连。

所述连接模板通过连接块上的挤压螺钉相互伸缩连接，并通过四角支柱叠放于模板托架上。

所述四角支柱通过置于连接孔内的加压螺杆固定成型。

优选地，所述条形底板材料为高强度钢材，由嵌于底板卡槽内由高强度材料制成的底板卡片托起，工作时可绕旋转轴旋转。

优选地，所述曲柄滑块机构一端通过滑嵌槽与放煤滑块滑嵌连接，另一端通过支撑杆与曲控制放煤口的曲柄摇杆机构相连。

优选地，所述移架放煤丝杆两端通过动力传递块与行走丝杆相连，在中间部位通过控制槽外端与移架滑块相连内端与放煤滑块相连。

优选地，所述前探伸缩梁嵌于液压支架前梁内部并通过内置的控制弹簧控制其伸缩。

优选地，所述数据采集分析机构中裂隙高度分析仪通过数据线与超声波探头相连，应力分析仪通过数据线与应力片相连。

本发明还提出了一种顶煤放出率与矿压显现关系实验台应用方法，应用上述实验台，其包括如下工作步骤：

a、根据实验要求实验台的规模按照骨架机构、采煤机构、支护行走放顶煤机构、铺设模拟地质体、数据采集分析机构的顺序依次组装实验台，并将实验台置于水平地面上；

b、利用夹持工具依次拔出底板卡片，放出与条形底板宽度相同的长条形模拟煤块，并保持煤块的完整性，与此同时液压支架前探伸缩梁在控制弹簧作用下自动弹出，用以支护裸露的顶板；

c、旋转放煤丝杆使放煤滑块滑嵌于第一个液压支架内的曲柄滑块机构中的滑块中，旋转行走丝杆利用动力传递块带动移架放煤丝杆向后行走一个步距，进而推动曲柄滑块机构促使曲柄摇杆机构将放煤口打开，进行第一架放顶煤工作；

d、当达到规定顶煤放出率后，旋转行走丝杆推动移架放煤丝杆向前行走一个步距，带动曲柄滑块机构推动曲柄摇杆机构将放煤口关闭，至此第一架放煤工作完成；

e、重复c、d步骤直至完成最后一架放煤工作，并将拔出的底板卡片置于底板卡槽中重新托起放下的条形底板，利用数据采集分析机构观测记录相关数据；

f、旋转行走丝杆利用移架放煤丝杆带动移架滑块推动液压支架前进一个步距，于此同时液压支架的前探伸缩梁在挤压作用下自动回收；

g、旋转行走丝杆利用移架放煤丝杆带动移架滑块后退一个步距，并旋转移架放煤丝杆选择第二个液压支架并重复步骤f移动第二个液压支架；

h、依次重复步骤f、g直至完成最后一架的移动；

i、依次重复步骤a到步骤h，并分析处理相关数据得出相关规律。

与现有三维模拟试验台相比，本发明具有如下优点：

本发明述及的顶煤放出率与矿压显现关系实验台，通过添加或撤减可伸缩模板实现不同高度要求的煤岩层试验；可实现不同水平应力的添加；试验台有多个部位拼接而成，用完就可拆除，节约空间，便于运输；通过放出的煤块研究顶煤放出率与矿山压力显现间的关系，形象直观；可实现支架的自动行走和不同方法下顺利放出顶煤；必要时可在拆除部分构件后将试验后的煤岩层于挤压式模板连接装置处一分为二，观察剖面处实验情况，通过骨架机构、采煤机构、支护行走放顶煤机构及数据采集分析机构的高效配合，可测量出相同地质条件下不同采放比、放煤方式、放煤工艺对顶煤放出率的影响及浅埋深薄基岩厚松散层地质条件下顶煤放出率对工作面矿山压力显现的影响，达到精确模拟工作面地质情况，高效精准预测工作面开采事故并采取有效措施避免事故发生的目的。

附图说明

图1为本发明实施例中顶煤放出率与矿压显现关系实验台的整体结构示意图。

图2为本发明实施例中顶煤放出率与矿压显现关系实验台的骨架结构图。

图3为本发明实施例中顶煤放出率与矿压显现关系实验台的放底煤结构图。

图4为本发明实施例中顶煤放出率与矿压显现关系实验台的液压支架行走放顶煤结构图。

图5为本发明实施例中顶煤放出率与矿压显现关系实验台工作时放出煤块示意图。

图6为本发明实施例中顶煤放出率与矿压显现关系实验台工作状态图。

具体实施方式

结合图1、图2所示，一种顶煤放出率与矿压显现关系实验台，包括骨架机构、采煤机构、支护行走放顶煤机构及数据采集分析机构，通过各机构的高效配合，可测量出相同地质条件下不同采放比、放煤方式、放煤工艺对顶煤放出率的影响及浅埋深薄基岩厚松散层地质条件下顶煤放出率对工作面矿山压力显现的影响。

骨架机构中，所述挤压螺钉111固定于连接块113上的内置螺纹中并通过其挤压作用将连接模板112固定于连接块113内，所述连接模板112根据实验要求的高度叠放于模板托架51上，所述模板托架51刚连接于四角支柱5中下部，四个所述四角支柱5通过加压螺杆3固定成形，所述钢梁2置于顶部加压螺杆3下方，并且其底部连接加压千斤顶4；

采煤机构中，所述底板卡槽7成排间隔性地置于底部连接模板112中下部，所述旋转轴61端部置于底板卡槽7一侧边缘固定于条形底板6一边上，所述底板卡片71托起条形底板6并嵌于底板卡槽7内，通过底板卡片71的插拔实现所述条形底板6绕旋转轴61的旋转；

支护行走放顶煤机构中，所述行走丝杆8两端通过轴承固定于四角支柱5上，内部具有螺纹的动力传递块81两侧分别连接行走丝杆8和移架放煤丝杆91，移架滑块92及放煤滑块93内部具有螺纹的一端通过控制槽912连接于移架放煤丝杆91上，所述放煤滑块93另一端滑嵌于所述曲柄滑块机构98的滑块981上，移架滑块92另一端工作时顶撞于承力板910上，所述控制槽912及曲柄滑块机构98曲柄摇杆机构97的部分结构置于支撑杆95上，所述曲柄滑块机构98的滑块981通过滑槽982置于液压支架13上，所述放煤口96为曲柄摇杆机构97一连杆，所述溜煤槽12滑接于四角支柱5下部的钢丝121上，所述前探伸缩梁99嵌于液压支架13前梁内部并通过内置的控制弹簧911控制其伸缩；

数据采集分析机构中，所述应力分析仪10通过数据线102与置于煤层直接顶中的应力片101相连，所述裂隙高度分析仪11通过数据线112与置于模拟地质体上下部的超声波探头111相连。

结合图2、图3、图4、图5所示，首先根据实验要求按照先骨架机构然后采煤机构然后支护行走放顶煤机构然后铺设模拟地质体最后数据采集分析机构的顺序依次组装实验台，并检查各机构的可靠性；然后从底板卡槽7中拔出底板卡片71使条形底板6绕旋转轴61转动放出条形煤块；然后旋转移架放煤丝杆91对要放煤的液压支架13进行选择并利用行走丝杆8通过动力传递块81带动移架放煤丝杆91继而推动曲柄滑块机构98促使曲柄摇杆机构98打开放煤口96进行放煤或关闭放煤口96阻止放煤；然后插进底板卡片71拖回条形底板6，利用移架放煤丝杆91选择液压支架13；然后利用行走丝杆8通过动力传递块81带动移架放煤丝杆91推动移架滑块92顶撞液压支柱上的承压板910来推动液压支架13的前进，依据上述步骤工作直至煤层采完，在上述过程中利用应力片101及超声波探头111收集相关数据并通过数据线上传至应力分析仪10及裂隙高度分析仪11进行分析并得出相关规律及结论。

其实验步骤大致如下：

a、根据实验要求实验台的规模按照骨架机构、采煤机构、支护行走放顶煤机构、铺设模拟地质体、数据采集分析机构的顺序依次组装实验台，并将实验台置于水平地面上；

b、利用夹持工具依次拔出底板卡片71，放出与条形底板宽度相同的长条形模拟煤块，并保持煤块的完整性，与此同时液压支架13前探伸缩梁99在控制弹簧911作用下自动弹出，用以支护裸露的顶板；

c、旋转移架放煤丝杆91使放煤滑块93滑嵌于第一个液压支架13内的曲柄滑块机构98中的滑块981中，旋转行走丝杆8利用动力传递块81带动移架放煤丝杆91向后行走一个步距，进而推动曲柄滑块机构98促使曲柄摇杆机构97将放煤口96打开，进行第一架放顶煤工作；

d、当达到规定顶煤放出率后，旋转行走丝杆8推动移架放煤丝杆91向前行走一个步距，带动曲柄滑块机构98推动曲柄摇杆机构97将放煤口96关闭，至此第一架放煤工作完成；

e、重复c、d步骤直至完成最后一架放煤工作，并将拔出的底板卡片71置于底板卡槽7中重新托起放下的条形底板6，利用数据采集分析机构观测记录相关数据；

f、旋转行走丝杆8利用移架放煤丝杆91带动移架滑块92推动液压支架13前进一个步距，于此同时液压支架13的前探伸缩梁99在挤压作用下自动回收；

g、旋转行走丝杆8利用移架放煤丝杆91带动移架滑块92后退一个步距，并旋转移架放煤丝杆91选择第二个液压支架13并重复步骤f移动第二个液压支架13；

h、依次重复步骤f、g直至完成最后一架的移动；

i、依次重复步骤a到步骤h，并分析处理相关数据得出相关规律。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替换、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (7)

1.一种顶煤放出率与矿压显现关系实验台，其特征在于：所述顶煤放出率与矿压显现关系实验台包括：

骨架机构，包括连接模板、连接块、挤压螺钉、钢梁、加压螺杆、加压千斤顶、四角支柱、模板托架、连接孔，所述挤压螺钉通过螺空固定于连接块上并通过其挤压作用将连接模板固定于连接块内，所述连接模板根据实验要求的高度叠放于模板托架上，所述模板托架刚连接于四角支柱中下部，四个所述四角支柱通过加压螺杆固定成形，所述钢梁置于顶部加压螺杆下方，并且其底部连接加压千斤顶；

采煤机构，包括底板卡槽、底板卡片、条形底板、旋转轴，所述底板卡槽成排间隔性地置于底部连接模板中下部，所述旋转轴端部固定于底板卡槽一侧边缘固定于条形底板一边上，所述底板卡片托起条形底板并嵌于底板卡槽内，通过底板卡片的插拔实现所述条形底板绕旋转轴的旋转；

支护行走放顶煤机构，包括液压支架、行走丝杆、动力传递块、移架放煤丝杆、控制槽、支撑杆、移架块、承力板、放煤块、曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构、控制弹簧、前探伸缩梁、放煤口、溜煤槽、滑块、滑槽、钢丝，所述行走丝杆两端通过轴承固定于四角支柱上，内部具有螺纹的动力传递块两侧分别连接行走丝杆和移架放煤丝杆，移架滑块及放煤滑块内部具有螺纹的一端通过控制槽连接于移架放煤丝杆上，所述放煤滑块另一端滑嵌于所述曲柄滑块机构的滑块上，移架滑块另一端工作时顶撞于承力板上，所述控制槽及曲柄滑块机构曲柄摇杆机构的部分结构置于支撑杆上，所述曲柄滑块机构的滑块通过滑槽置于液压支架上，所述放煤口为曲柄摇杆机构一连杆，所述溜煤槽滑接于四角支柱下部的钢丝上，所述前探伸缩梁嵌于液压支架前梁内部并通过内置的控制弹簧控制其伸缩；

数据采集分析机构，包括应力片、数据线、应力分析仪、超声波探头、裂隙高度分析仪，所述应力分析仪通过数据线与置于煤层直接顶中的应力片相连，所述裂隙高度分析仪通过数据线与置于模拟地质体上下部的超声波探头相连；

所述连接模板通过连接块上的挤压螺钉相互伸缩连接，并通过四角支柱叠放于模板托架上；

所述四角支柱通过置于连接孔内的加压螺杆固定成型。

2.根据权利要求1所述的顶煤放出率与矿压显现关系实验台，其特征在于：所述条形底板材料为高强度钢材，由嵌于底板卡槽内由高强度材料制成的底板卡片托起，工作时可绕旋转轴旋转。

3.根据权利要求1所述的顶煤放出率与矿压显现关系实验台，其特征在于：所述曲柄滑块机构一端通过滑嵌槽与放煤滑块滑嵌连接，另一端通过支撑杆与控制放煤口开关的曲柄摇杆机构相连。

4.根据权利要求1所述的顶煤放出率与矿压显现关系实验台，其特征在于：所述移架放煤丝杆两端通过动力传递块与行走丝杆相连，在中间部位通过控制槽外端与移架滑块相连，通过控制槽内端与放煤滑块相连。

5.根据权利要求1所述的顶煤放出率与矿压显现关系实验台，其特征在于：所述前探伸缩梁 嵌于液压支架前梁内部并通过内置的控制弹簧控制其伸缩。

6.根据权利要求1所述的顶煤放出率与矿压显现关系实验台，其特征在于：所述数据采集分析机构中裂隙高度分析仪通过数据线与超声波探头相连，应力分析仪通过数据线与应力片相连。

7.一种顶煤放出率与矿压显现关系实验台应用方法，其特征在于，采用如权利要求1至6任一项所述的顶煤放出率与矿压显现关系实验台，包括如下步骤：

a、根据实验要求实验台的规模按照骨架机构、采煤机构、支护行走放顶煤机构、铺设模拟地质体、数据采集分析机构的顺序依次组装实验台，并将实验台置于水平地面上；

b、利用夹持工具依次拔出底板卡片，放出与条形底板宽度相同的长条形模拟煤块，并保持煤块的完整性，与此同时液压支架前探伸缩梁在控制弹簧作用下自动弹出，用以支护裸露的顶板；

c、旋转放煤丝杆使放煤滑块滑嵌于第一个液压支架内的曲柄滑块机构中的滑块中，旋转行走丝杆利用动力传递块带动移架放煤丝杆向后行走一个步距，进而推动曲柄滑块机构促使曲柄摇杆机构将放煤口打开，进行第一架放顶煤工作；

d、当达到规定顶煤放出率后，旋转行走丝杆推动移架放煤丝杆向前行走一个步距，带动曲柄滑块机构推动曲柄摇杆机构将放煤口关闭，至此第一架放煤工作完成；

e、重复c、d步骤直至完成最后一架放煤工作，并将拔出的底板卡片置于底板卡槽中重新托起放下的条形底板，利用数据采集分析机构观测记录相关数据；

f、旋转行走丝杆利用移架放煤丝杆带动移架滑块推动液压支架前进一个步距，于此同时液压支架的前探伸缩梁在挤压作用下自动回收；

g、旋转行走丝杆利用移架放煤丝杆带动移架滑块后退一个步距，并旋转移架放煤丝杆选择第二个液压支架并重复步骤f移动第二个液压支架；

h、依次重复步骤f、g直至完成最后一架的移动；

i、依次重复步骤a到步骤h，并分析处理相关数据得出相关规律。