CN105372409B - 一种用于相似模拟试验的开挖装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于相似模拟试验的开挖装置，包括固定机架、定位导向装置、水平开挖装置；所述固定机架包括开有螺纹孔的槽钢和紧固螺钉，槽钢中部开有长方形窗口，长方形窗口两侧分别设有两条竖直条形槽；所述定位导向装置包括带前挡板的顶板、带前挡板的底板、后立板，顶板的前挡板上设有刻度尺，后立板中部开有水平条形槽，水平条形槽两端开有螺栓孔，在底板与后立板的交接处，焊接有齿条，齿条与底板的前挡板形成一个可供滑块移动的滑行槽；所述水平开挖装置包括电动机、调速装置、行走齿轮、螺旋钻杆，滑块套在电动机外侧，水平开挖装置的行走齿轮与定位导向装置的齿条啮合。该装置操作简单、定位精确、可实现煤层推进过程的精确模拟。

Description

一种用于相似模拟试验的开挖装置

技术领域

本发明涉及一种用于相似模拟试验的开挖装置，尤其是涉及到采矿与岩土工程领域的相似模拟试验的开挖装置。

背景技术

相似模拟试验一直是采矿工程实验研究的主要实验方法，利用相似材料模拟真实的岩土和采矿地质和工程条件，试验观察和研究工程围岩体的变形、移动和破坏等力学现象，以及作用于支护结构上的力，通过相似模拟试验进一步认识矿山压力形成的机理，对于寻求有效的岩层控制途径是非常有益的。

为了直观再现煤层采出后上覆岩层变形、破断、冒落和移动规律，就必须严格按照时间相似比在模拟煤层中进行工作面推进，如何在较小的空间内实现精确的煤层开挖就成了有待解决的问题。

目前，尚无有关相似模拟试验开挖装置的专利和文献。在实验中，采用的方法是手持简易开挖工具进行煤层开挖。这一方法虽然操作较为简单，但有明显缺陷，既不能保证工作面推进速度，又不能保证上顶板和下底板的平整性，无法在模拟煤层中进行精确开挖，使实验模拟的真实性大打折扣，从而影响所得数据的准确性。因此亟待发明一种操作简单、开挖过程精确度高的开挖装置来实现煤层的推进。

发明内容

本发明旨在提供一种用于相似模拟试验的开挖装置，其操作简单、定位精确、可实现煤层推进过程的精确模拟。

本发明是采用下述技术方案实现的：

本发明提供了一种用于相似模拟试验的开挖装置，包括固定机架、定位导向装置、水平开挖装置；固定机架通过紧固螺钉固定在相似模拟试验架上，夹在相似模拟试验架的上、下槽钢之间；

所述固定机架包括开有螺纹孔的槽钢和紧固螺钉，四个螺纹孔分别置于槽钢上下翼板两端，紧固螺钉通过螺纹孔与相似模拟试验架固定，槽钢中部开有长方形窗口，长方形窗口两侧分别设有两条竖直条形槽；

所述定位导向装置包括带前挡板的顶板、带前挡板的底板、后立板三部分，顶板的前挡板上设有刻度尺，后立板中部开有水平条形槽，水平条形槽两端开有螺栓孔，通过螺栓和螺母与固定机架的竖直条形槽连接；在底板与后立板的交接处，焊接有齿条，齿条与底板的前挡板形成一个可供滑块移动的滑行槽；

所述水平开挖装置包括电动机、调速装置、行走齿轮、螺旋钻杆，电动机输出轴一侧联接有行走齿轮，行走齿轮与螺旋钻杆通过凹凸槽连接，滑块套在电动机外侧，并用螺丝固定，电动机的另一侧安装有调速装置用于调整电动机转速；水平开挖装置的行走齿轮与定位导向装置的齿条啮合。

上述方案中，所述定位导向装置能在固定机架上的竖直条形槽内上下移动。在实验过程中定位到煤层开挖所需要的高度，为水平开挖做准备。螺旋钻杆固定在定位导向装置上，跟随定位导向装置的移动发生上下移动，从而调整开挖高度。

上述方案中，所述水平开挖装置的滑块在定位导向装置的滑行槽内做水平直线滑行运动，螺旋钻杆穿过水平条形槽在水平方向移动，使水平开挖装置向前推进更加平稳，调整开挖的水平位置，螺旋钻杆的移动距离由定位导向装置上的刻度尺来控制。

上述方案中，所述螺旋钻杆的尺寸能根据实际需要调节。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种相似模拟试验开挖装置，可用于相似模型试验中实现煤层的精确定位开挖，该装置通过电动机提供掘进前进动力，开挖过程平稳，保证了相似模拟试验装置所开挖煤层上顶板和下底板的平整性；通过调速装置控制工作面推进速度，实现了实际煤层推进过程的精确模拟；能够根据实际需要变换螺旋钻杆尺寸，可重复使用，能够用于相似模拟模型试验中不同厚度煤层的开挖。

附图说明

图1为本发明总体结构示意图；

图2为固定机架结构示意图；

图3为定位导向装置结构示意图；

图4为水平开挖装置结构示意图。

图中：1、槽钢，2、紧固螺钉，3、窗口，4、竖直条形槽，5、带前挡板的顶板，6、水平条形槽，7、后立板，8、螺栓，9、齿条，10、滑行槽，11、带前挡板的底板，12、刻度尺，13、调速装置，14、电动机，15、滑块，16、行走齿轮，17、螺旋钻杆 18、上槽钢 19、下槽钢。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例：

如图1所示，一种用于相似模拟试验的开挖装置，包括固定机架、定位导向装置、水平开挖装置；固定机架通过紧固螺钉固定在相似模拟试验架上，相似模拟试验架包括上槽钢18和下槽钢19，相似模拟试验装置夹在相似模拟试验架的上下两槽钢之间；

图2示出了固定机架的结构，固定机架包括开有螺纹孔的槽钢1和紧固螺钉2，四个螺纹孔分别置于槽钢1上下翼板两端，紧固螺钉2通过螺纹孔与相似模拟试验架固定，分别与相似模拟试验架的上、下槽钢接触，槽钢1中部开有长方形窗口3，长方形窗口3两侧分别设有两条竖直条形槽4；

图3示出了定位导向装置的结构，定位导向装置包括带前挡板的顶板5、带前挡板的底板11、后立板7三部分，顶板的前挡板上设有水平刻度尺12，后立板7中部开有水平条形槽6，水平条形槽6两端开有螺栓孔，通过螺栓8和螺母与固定机架的竖直条形槽4连接；在底板与后立板7的交接处，焊接有齿条9，齿条9与底板的前挡板形成一个可供滑块移动的滑行槽10；

图4示出了水平开挖装置的结构，水平开挖装置包括电动机14、调速装置13、行走齿轮16、螺旋钻杆17，电动机14输出轴一侧联接有行走齿轮16，行走齿轮16与螺旋钻杆17通过凹凸槽连接，滑块15套在电动机14外侧，并用螺丝固定，电动机14的另一侧安装有调速装置13用于调整电动机转速；水平开挖装置的行走齿轮16与定位导向装置的齿条9相啮合。

进一步地，所述定位导向装置能在固定机架上的竖直条形槽4内上下移动。在实验过程中定位到煤层开挖所需要的高度，为水平开挖做准备。螺旋钻杆17固定在定位导向装置上，跟随定位导向装置的移动发生上下移动，从而调整开挖高度。

进一步地，所述水平开挖装置的滑块15在定位导向装置的滑行槽10内做水平直线滑行运动，螺旋钻杆17穿过水平条形槽6在水平方向移动，使水平开挖装置向前推进更加平稳，调整开挖的水平位置，螺旋钻杆17的移动距离由定位导向装置上的刻度尺12来控制。

进一步地，所述螺旋钻杆17的尺寸能根据实际需要调节。

本发明开挖装置的工作过程是：

(1)将固定机架固定在相似模拟试验架上，保证其稳定性；相似模拟试验装置夹在相似模拟试验架的上下两槽钢之间；

（2）将调速装置13、电动机14、行走齿轮16与滑块15进行组合，并置于定位导向装置内，螺旋钻杆17从定位导向装置后方穿过后立板上的水平滑行槽与行走齿轮连接；

（3）根据实验要求对煤层开挖的初始位置进行人工开切眼；

（4）组合开挖装置，把螺旋钻杆17置于开切眼内，并通过螺栓与螺母8把定位导向装置固定在固定机架上；

（5）进行煤层开挖，启动装置，根据实验要求调整电动机的速度，通过水平刻度尺进行开挖距离确认，直至达到煤层设计开挖距离停止开挖。

Claims (4)

1.一种用于相似模拟试验的开挖装置，包括固定机架、定位导向装置、水平开挖装置；其特征在于：固定机架通过紧固螺钉固定在相似模拟试验架上；

所述固定机架包括开有螺纹孔的槽钢和紧固螺钉，四个螺纹孔分别置于槽钢上下翼板两端，紧固螺钉通过螺纹孔与相似模拟试验架固定，槽钢中部开有长方形窗口，长方形窗口两侧分别设有两条竖直条形槽；

所述定位导向装置包括带前挡板的顶板、带前挡板的底板、后立板三部分，顶板的前挡板上设有刻度尺，后立板中部开有水平条形槽，水平条形槽两端开有螺栓孔，通过螺栓和螺母与固定机架的竖直条形槽连接；在底板与后立板的交接处，焊接有齿条，齿条与底板的前挡板形成一个可供滑块移动的滑行槽；

所述水平开挖装置包括电动机、调速装置、行走齿轮、螺旋钻杆，电动机输出轴一侧联接有行走齿轮，行走齿轮与螺旋钻杆通过凹凸槽连接，滑块套在电动机外侧，并用螺丝固定，电动机的另一侧安装有调速装置用于调整电动机转速；水平开挖装置的行走齿轮与定位导向装置的齿条啮合。

2.根据权利要求1所述的用于相似模拟试验的开挖装置，其特征在于：所述定位导向装置能在固定机架上的竖直条形槽内上下移动，螺旋钻杆跟随定位导向装置的移动发生上下移动。

3.根据权利要求1所述的用于相似模拟试验的开挖装置，其特征在于：所述水平开挖装置的滑块在定位导向装置的滑行槽内做水平直线滑行运动，螺旋钻杆穿过水平条形槽在水平方向移动，螺旋钻杆的移动距离由定位导向装置上的刻度尺来控制。

4.根据权利要求1所述的用于相似模拟试验的开挖装置，其特征在于：所述螺旋钻杆的尺寸能根据实际需要调节。