CN105571886A - 一种液压支架与围岩耦合及自动监测控制相似模拟实验架子及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压支架与围岩耦合及自动监测控制相似模拟实验架子，液压升降支架的底端设置有滚轮，模拟实验架子上设置有滑道，滚轮在滑道上滚动，滚轮与绞车上的滚筒采用钢丝绳连接，乳化液泵站为液压升降支架提供油路，并驱动液压升降支架的升降，中央控制台分别连接所述乳化液泵站和绞车，本发明在液压升降支架底部安装有滚轮以减小移架摩擦力，易于移架；拟实验架子底部开有滑道，为液压升降支架滑轮移动提供通道，钢丝绳一端与液压升降支架底部滑轮相连，另一端与绞车滚筒相连为液压升降支架移动提供动力；对模拟过程中液压升降支架立柱阻力和位移量进行实时的监测和存储；中央控制台控制绞车开启实现液压升降支架自动移架。

Description

一种液压支架与围岩耦合及自动监测控制相似模拟实验架子及方法

技术领域

本发明涉及一种液压支架与围岩耦合及自动监测控制相似模拟实验架子，具体为用于液压支架与围岩耦合、自动升降及移架和配套监测系统的三维相似模拟实验装置，属于矿山模拟实验技术领域。

背景技术

相似模拟实验作为一种研究手段，不仅可以严格控制实验对象的主要参数而不受外界条件和自然条件的限制，做到结果准确；而且，相似模拟实验有利于在复杂的实验过程中突出主要矛盾，便于把握、发现现象的内在联系；其由于模型与原型相比，尺寸一般都是按比例缩小的。故制造加工方便，节省资金、人力和时间；此外，相似模拟实验还能预测尚未建造出来的实物对象或根本不能直接研究的实物对象的性能；当其它各种分析方法不可能采用时，相似模拟实验就成了现象相似性问题唯一的和更为重要的研究手段。目前相似理论和模型实验方法已用于矿业工程领域，并有着广泛的应用前景。

但是，目前的三维相似模拟实验装置，存在以下的问题：(1)液压升降支架未参与到相似模拟的采场控制中，而液压升降支架是最重要的采场控制支护设备；(2)液压支架模型自动化移架的控制尚未实现。因此，为了更好地做好相似模拟实验，必须对现有的相似模拟实验装置进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液压支架与围岩耦合及自动监测控制相似模拟实验架子，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种液压支架与围岩耦合及自动监测控制相似模拟实验架子，其包括模拟实验架子、乳化液泵站、中央控制台、液压升降支架和绞车，其特征在于，所述的液压升降支架的底端设置有滚轮，所述模拟实验架子上设置有滑道，所述滚轮在所述滑道上滚动，所述滚轮与所述绞车上的滚筒采用钢丝绳连接，所述乳化液泵站为所述液压升降支架提供油路，并驱动所述液压升降支架的升降，所述中央控制台分别连接所述乳化液泵站和绞车，所述中央控制台分别控制所述乳化液泵站和绞车的动作。

进一步，作为优选，所述液压升降支架包括顶梁、液压立柱、下支撑座、滚轮、液压杆、滚轮支架、铰接杆一、铰接支座和铰接杆二，其中，所述的顶梁的一端与所述铰接支座的一端采用销轴可转动铰接设置，所述顶梁还与所述液压杆的上端可转动铰接设置，所述铰接支座的另一端与所述铰接杆二的上端可转动铰接设置，所述铰接杆二的下端与所述下支撑座的一端可转动铰接设置，所述铰接支座与所述下支撑座之间还可转动铰接设置有所述铰接杆一，所述液压立柱可转动铰接设置在所述下支撑座上，且所述液压杆的下端设置在所述液压立柱内，由液压驱动使得所述液压杆在所述液压立柱内升降，通过液压杆的升降驱动所述顶梁的升降运动，所述下支撑座的下部固定设置有所述滚轮支架，所述滚轮设置在所述滚轮支架上。

进一步，作为优选，所述模拟实验架子包括上支撑架、两个竖直支撑架、下支撑架、底部滑道、支座和顶部加压装置，其中，所述的上支撑架的两端分别支撑设置在两个所述竖直支撑架上，两个所述竖直支撑架分别支撑设置在所述下支撑架的两端，且上支撑架、两个竖直支撑架和下支撑架之间一体成型设置为长方体形状，所述下支撑架的上表面上设置有所述底部滑道，液压支架的滚轮在所述底部滑道上配合滚动，所述上支撑架的下方设置有所述顶部加压装置，所述下支撑架的下部固定设置有多个用于固定该实验架的所述支座，所述上支撑架上设置有三个长方形槽孔，所述竖直支撑架与所述支座之间设置有加强筋板，所述竖直支撑架上竖直阵列设置有多个通孔，所述支座上至少设置有一个加强板筋，其中，所述顶部加压装置采用气囊加载装置。

进一步，作为优选，所述滚轮的轮面上设置有卡槽，所述铰接支座的侧面上设置有铰接板，所述铰接杆一和铰接杆二可转动铰接设置在所述铰接板上，所述下支撑座上设置有铰接耳一和铰接耳二，所述铰接耳一和铰接耳二为弧形结构，且所述铰接杆二铰接设置在所述铰接耳一上，所述铰接杆一铰接设置在所述铰接耳二上，且铰接耳二的高度大于所述铰接耳一的高度，所述铰接杆一和铰接杆二均为各自平行设置的两个，所述液压立柱和液压杆也为各自平行设置的两个。

进一步，作为优选，本发明还包括支撑架、绞车支撑台、套管一、套管二、套管三和套管四，其中，所述乳化液泵站和中央控制台支撑固定设置在所述支撑架上，所述绞车固定设置在所述绞车支撑台上，所述乳化液泵站与所述液压升降支架之间设置有所述套管一和套管二，所述套管一内设置有液压升降支架的进液管路和回液管路，所述套管二内设置有压力传感器和位移传感器的信号输出线，其中，压力传感器和位移传感器用于测量所述液压升降架内的压力和位移，所述中央控制台与所述绞车之间设置有套管三，所述套管三内设置有中央控制台控制绞车的线路，所述中央控制台与所述乳化液泵站之间设置有套管四，所述套管四内设置有中央控制台控制乳化液泵站的线路和压力传感器和位移传感器的信号输入线。

进一步，作为优选，本发明还包括压力表，所述压力表设置在所述乳化液泵站上，且所述中央控制台上至少设置有开启按钮、关闭按钮、泵站控制按钮、绞车按钮和水箱按钮，在所述中央控制台内设置有数据自动储存的存储卡。

进一步，作为优选，在每个液压升降支架的液压立柱内外设置有压力传感器和位移传感器，压力传感器和位移传感器将压力、位移信号传到中央控制台，在中央控制台内有数据自动储存的存储卡，实验完毕可将存储卡取出在电脑上读取分析。

进一步，作为优选，该自动控制模拟实验装置通过所述模拟实验架子固定在地面的设备平台上。

此外，本发明还提供了一种矿山三维相似模拟实验的方法，其特征在于：其包括以下步骤：

首先，在模拟实验架子底部铺设煤层，依次铺设各岩层，当相似模拟中的煤岩层铺设完成后，开挖部分煤层作为开切眼，之后安设液压升降支架，液压升降支架的底部滚轮部位连接绞车钢丝绳，并将中央控制台与乳化液泵站、绞车及监测系统线路接通，系统安设完毕后，由中央控制台发出电信号控制乳化液泵站开启，并打开进液管道控制液压升降支架升架，在模拟过程中压力、位移传感器将监测到的数据转存在中央控制台，液压升降支架岩层模型系统稳定之后，中央控制台控制乳化液泵站通过打开回液管路管路实现液压升降支架的降架；之后按照一个移架步距开挖煤层，由中央控制台控制绞车开启，绞车带动滚筒牵引钢丝绳，降架后的液压升降支架在钢丝绳的牵引下依靠液压升降支架底端的滚轮通过模拟实验架子底部的滑道实现移架，之后再升架，以此类推完成相似模拟实验的逐步开挖过程，研究液压支架围岩相互作用关系和煤层顶板岩层的移动规律。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)液压升降支架底部安装有滚轮以减小移架摩擦力，易于移架；

(2)模拟实验架子底部开有滑道，为液压升降支架滑轮移动提供通道；

(3)钢丝绳一端与液压升降支架底部滑轮相连，另一端与绞车滚筒相连为液压升降支架移动提供动力；

(4)中央控制台控制泵站实现液压升降支架自动升降架；

(5)对模拟过程中液压升降支架立柱阻力和位移量进行实时的监测和存储；

(6)中央控制台控制绞车开启实现液压升降支架自动移架。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的液压升降支架的结构示意图；

图3为本发明的模拟实验架子的结构示意图；

图4为本发明的去掉模拟实验架子的结构示意图；

图中：1、顶梁，2、液压立柱，3、下支撑座，4、滚轮，5、液压杆，6、滚轮支架，7、铰接杆一，8、铰接支座，9、铰接杆二，10、卡槽，11、铰接板，12、铰接耳一，13、铰接耳二，14、模拟实验架子，15、乳化液泵站，16、中央控制台，17、液压升降支架，18、绞车，19、钢丝绳，20、上支撑架，21、竖直支撑架，22、下支撑架，23、底部滑道，24、支座，25、顶部加压装置，26、压力表，27、支撑架，28、绞车支撑台，29、套管一，30、套管二，31、套管三，32、套管四。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种液压支架与围岩耦合及自动监测控制相似模拟实验架子，其包括模拟实验架子14、乳化液泵站15、中央控制台16、液压升降支架17和绞车18，其特征在于，所述的液压升降支架17的底端设置有滚轮4，所述模拟实验架子14上设置有滑道，所述滚轮在所述滑道上滚动，所述滚轮与所述绞车18上的滚筒采用钢丝绳19连接，所述乳化液泵站为所述液压升降支架提供油路，并驱动所述液压升降支架的升降，所述中央控制台分别连接所述乳化液泵站和绞车18，所述中央控制台16分别控制所述乳化液泵站和绞车的动作。

在本市实施例中，如图2所示，所述液压升降支架17包括顶梁1、液压立柱2、下支撑座3、滚轮4、液压杆5、滚轮支架6、铰接杆一7、铰接支座8和铰接杆二9，其中，所述的顶梁1的一端与所述铰接支座8的一端采用销轴可转动铰接设置，所述顶梁1还与所述液压杆5的上端可转动铰接设置，所述铰接支座8的另一端与所述铰接杆二9的上端可转动铰接设置，所述铰接杆二9的下端与所述下支撑座3的一端可转动铰接设置，所述铰接支座8与所述下支撑座之间还可转动铰接设置有所述铰接杆一7，所述液压立柱2可转动铰接设置在所述下支撑座3上，且所述液压杆5的下端设置在所述液压立柱2内，由液压驱动使得所述液压杆在所述液压立柱内升降，通过液压杆5的升降驱动所述顶梁的升降运动，所述下支撑座3的下部固定设置有所述滚轮支架6，所述滚轮4设置在所述滚轮支架6上。

如图3所示，所述模拟实验架子包括上支撑架20、两个竖直支撑架21、下支撑架22、底部滑道23、支座24和顶部加压装置25，其中，所述的上支撑架20的两端分别支撑设置在两个所述竖直支撑架21上，两个所述竖直支撑架21分别支撑设置在所述下支撑架22的两端，且上支撑架、两个竖直支撑架和下支撑架之间一体成型设置为长方体形状，所述下支撑架的上表面上设置有所述底部滑道，液压支架的滚轮在所述底部滑道上配合滚动，所述上支撑架的下方设置有所述顶部加压装置25，所述下支撑架的下部固定设置有多个用于固定该实验架的所述支座24，所述上支撑架上设置有三个长方形槽孔，所述竖直支撑架与所述支座之间设置有加强筋板，所述竖直支撑架上竖直阵列设置有多个通孔，所述支座上至少设置有一个加强板筋，其中，所述顶部加压装置采用气囊加载装置。

如图2所示，所述滚轮的轮面上设置有卡槽10，所述铰接支座的侧面上设置有铰接板11，所述铰接杆一和铰接杆二可转动铰接设置在所述铰接板11上，所述下支撑座上设置有铰接耳一12和铰接耳二13，所述铰接耳一和铰接耳二为弧形结构，且所述铰接杆二铰接设置在所述铰接耳一上，所述铰接杆一铰接设置在所述铰接耳二上，且铰接耳二的高度大于所述铰接耳一的高度，所述铰接杆一和铰接杆二均为各自平行设置的两个，所述液压立柱2和液压杆5也为各自平行设置的两个。

如图4所示，本发明还包括支撑架27、绞车支撑台28、套管一29、套管二30、套管三31和套管四32，其中，所述乳化液泵站15和中央控制台16支撑固定设置在所述支撑架27上，所述绞车固定设置在所述绞车支撑台28上，所述乳化液泵站15与所述液压升降支架17之间设置有所述套管一29和套管二30，所述套管一29内设置有液压升降支架的进液管路和回液管路，所述套管二内设置有压力传感器和位移传感器的信号输出线，其中，压力传感器和位移传感器用于测量所述液压升降架内的压力和位移，所述中央控制台与所述绞车之间设置有套管三31，所述套管三31内设置有中央控制台控制绞车的线路，所述中央控制台与所述乳化液泵站之间设置有套管四32，所述套管四32内设置有中央控制台控制乳化液泵站的线路和压力传感器和位移传感器的信号输入线。

此外，本发明还包括压力表26，所述压力表26设置在所述乳化液泵站15上，且所述中央控制台上至少设置有开启按钮、关闭按钮、泵站控制按钮、绞车按钮和水箱按钮，在所述中央控制台内设置有数据自动储存的存储卡。

另外，在每个液压升降支架的液压立柱内外设置有压力传感器和位移传感器，压力传感器和位移传感器将压力、位移信号传到中央控制台，在中央控制台内有数据自动储存的存储卡，实验完毕可将存储卡取出在电脑上读取分析。

其中，该自动控制模拟实验装置通过所述模拟实验架子固定在地面的设备平台上。

此外，本发明还提供了一种矿山三维相似模拟实验的方法，其包括以下步骤：

首先，在模拟实验架子底部铺设煤层，依次铺设各岩层，当相似模拟中的煤岩层铺设完成后，开挖部分煤层作为开切眼，之后安设液压升降支架，液压升降支架的底部滚轮部位连接绞车钢丝绳，并将中央控制台与乳化液泵站、绞车及监测系统线路接通，系统安设完毕后，由中央控制台发出电信号控制乳化液泵站开启，并打开进液管道控制液压升降支架升架，在模拟过程中压力、位移传感器将监测到的数据转存在中央控制台，液压升降支架岩层模型系统稳定之后，中央控制台控制乳化液泵站通过打开回液管路管路实现液压升降支架的降架；之后按照一个移架步距开挖煤层，由中央控制台控制绞车开启，绞车带动滚筒牵引钢丝绳，降架后的液压升降支架在钢丝绳的牵引下依靠液压升降支架底端的滚轮通过模拟实验架子底部的滑道实现移架，之后再升架，以此类推完成相似模拟实验的逐步开挖过程，研究液压支架围岩相互作用关系和煤层顶板岩层的移动规律。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)液压升降支架底部安装有滚轮以减小移架摩擦力，易于移架；

(2)模拟实验架子底部开有滑道，为液压升降支架滑轮移动提供通道；

(3)钢丝绳一端与液压升降支架底部滑轮相连，另一端与绞车滚筒相连为液压升降支架移动提供动力；

(4)中央控制台控制泵站实现液压升降支架自动升降架；

(5)对模拟过程中液压升降支架立柱阻力和位移量进行实时监测、存储；

(6)中央控制台控制绞车开启实现液压升降支架自动移架。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种液压支架与围岩耦合及自动监测控制相似模拟实验架子，其包括模拟实验架子、乳化液泵站、中央控制台、液压升降支架和绞车，其特征在于，所述的液压升降支架的底端设置有滚轮，所述模拟实验架子上设置有滑道，所述滚轮在所述滑道上滚动，所述滚轮与所述绞车上的滚筒采用钢丝绳连接，所述乳化液泵站为所述液压升降支架提供油路，并驱动所述液压升降支架的升降，所述中央控制台分别连接所述乳化液泵站和绞车，所述中央控制台分别控制所述乳化液泵站和绞车的动作。

2.根据权利要求1所述的一种液压支架与围岩耦合及自动监测控制相似模拟实验架子，其特征在于：所述液压升降支架包括顶梁、液压立柱、下支撑座、滚轮、液压杆、滚轮支架、铰接杆一、铰接支座和铰接杆二，其中，所述的顶梁的一端与所述铰接支座的一端采用销轴可转动铰接设置，所述顶梁还与所述液压杆的上端可转动铰接设置，所述铰接支座的另一端与所述铰接杆二的上端可转动铰接设置，所述铰接杆二的下端与所述下支撑座的一端可转动铰接设置，所述铰接支座与所述下支撑座之间还可转动铰接设置有所述铰接杆一，所述液压立柱可转动铰接设置在所述下支撑座上，且所述液压杆的下端设置在所述液压立柱内，由液压驱动使得所述液压杆在所述液压立柱内升降，通过液压杆的升降驱动所述顶梁的升降运动，所述下支撑座的下部固定设置有所述滚轮支架，所述滚轮设置在所述滚轮支架上。

3.根据权利要求1所述的一种液压支架与围岩耦合及自动监测控制相似模拟实验架子，其特征在于：所述模拟实验架子包括上支撑架、两个竖直支撑架、下支撑架、底部滑道、支座和顶部加压装置，其中，所述的上支撑架的两端分别支撑设置在两个所述竖直支撑架上，两个所述竖直支撑架分别支撑设置在所述下支撑架的两端，且上支撑架、两个竖直支撑架和下支撑架之间一体成型设置为长方体形状，所述下支撑架的上表面上设置有所述底部滑道，液压支架的滚轮在所述底部滑道上配合滚动，所述上支撑架的下方设置有所述顶部加压装置，所述下支撑架的下部固定设置有多个用于固定该实验架的所述支座，所述上支撑架上设置有三个长方形槽孔，所述竖直支撑架与所述支座之间设置有加强筋板，所述竖直支撑架上竖直阵列设置有多个通孔，所述支座上至少设置有一个加强板筋，其中，所述顶部加压装置采用气囊加载装置。

4.根据权利要求2所述的一种液压支架与围岩耦合及自动监测控制相似模拟实验架子，其特征在于：所述滚轮的轮面上设置有卡槽，所述铰接支座的侧面上设置有铰接板，所述铰接杆一和铰接杆二可转动铰接设置在所述铰接板上，所述下支撑座上设置有铰接耳一和铰接耳二，所述铰接耳一和铰接耳二为弧形结构，且所述铰接杆二铰接设置在所述铰接耳一上，所述铰接杆一铰接设置在所述铰接耳二上，且铰接耳二的高度大于所述铰接耳一的高度，所述铰接杆一和铰接杆二均为各自平行设置的两个，所述液压立柱和液压杆也为各自平行设置的两个。

5.根据权利要求1所述的一种液压支架与围岩耦合及自动监测控制相似模拟实验架子，其特征在于：还包括支撑架、绞车支撑台、套管一、套管二、套管三和套管四，其中，所述乳化液泵站和中央控制台支撑固定设置在所述支撑架上，所述绞车固定设置在所述绞车支撑台上，所述乳化液泵站与所述液压升降支架之间设置有所述套管一和套管二，所述套管一内设置有液压升降支架的进液管路和回液管路，所述套管二内设置有压力传感器和位移传感器的信号输出线，其中，压力传感器和位移传感器用于测量所述液压升降架内的压力和位移，所述中央控制台与所述绞车之间设置有套管三，所述套管三内设置有中央控制台控制绞车的线路，所述中央控制台与所述乳化液泵站之间设置有套管四，所述套管四内设置有中央控制台控制乳化液泵站的线路和压力传感器和位移传感器的信号输入线。

6.根据权利要求5所述的一种液压支架与围岩耦合及自动监测控制相似模拟实验架子，其特征在于：还包括压力表，所述压力表设置在所述乳化液泵站上，且所述中央控制台上至少设置有开启按钮、关闭按钮、泵站控制按钮、绞车按钮和水箱按钮，在所述中央控制台内设置有数据自动储存的存储卡。

7.根据权利要求1所述的一种液压支架与围岩耦合及自动监测控制相似模拟实验架子，其特征在于：在每个液压升降支架的液压立柱内外设置有压力传感器和位移传感器，压力传感器和位移传感器将压力、位移信号传到中央控制台，在中央控制台内有数据自动储存的存储卡，实验完毕可将存储卡取出在电脑上读取分析。

8.根据权利要求1所述的一种液压支架与围岩耦合及自动监测控制相似模拟实验架子，其特征在于：该自动控制模拟实验装置通过所述模拟实验架子固定在地面的设备平台上。

9.使用权利要求1-8任意一项所述的相似模拟实验架子进行矿山三维相似模拟实验的方法，其特征在于：其包括以下步骤：

首先，在模拟实验架子底部铺设煤层，依次铺设各岩层，当相似模拟中的煤岩层铺设完成后，开挖部分煤层作为开切眼，之后安设液压升降支架，液压升降支架的底部滚轮部位连接绞车钢丝绳，并将中央控制台与乳化液泵站、绞车及监测系统线路接通，系统安设完毕后，由中央控制台发出电信号控制乳化液泵站开启，并打开进液管道控制液压升降支架升架，在模拟过程中压力、位移传感器将监测到的数据转存在中央控制台，液压升降支架岩层模型系统稳定之后，中央控制台控制乳化液泵站通过打开回液管路管路实现液压升降支架的降架；之后按照一个移架步距开挖煤层，由中央控制台控制绞车开启，绞车带动滚筒牵引钢丝绳，降架后的液压升降支架在钢丝绳的牵引下依靠液压升降支架底端的滚轮通过模拟实验架子底部的滑道实现移架，之后再升架，以此类推完成相似模拟实验的逐步开挖过程，研究液压支架围岩相互作用关系和煤层顶板岩层的移动规律。