CN105973773A - 用于煤矿综放工作面产尘规律测定的实验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于煤矿综放工作面产尘规律测定的实验装置及实验方法，罩体内一侧设置有置煤台，置煤台之置煤区域的下方设置有第一传输皮带，置煤台之置煤区域的一侧设置有仿真采煤机，仿真采煤机的截割头与置煤区域相对应，仿真采煤机的一侧设置有液压支架，液压支架的上方设置有集煤箱，集煤箱内布置有碎煤块，碎煤块上方布置有第二应力施加装置，液压支架之尾梁下方设置有第二传输皮带。具有结构简单、布局合理、检测方便等优点，可以高仿真地模拟采煤机截割不用应力作用下的煤块、顺风或逆风割煤和截割头不同转速下割煤的产尘，液压支架上方的煤块在不用应力作用下，移架和放煤工作的产尘状况，并具有适时记录与同步数据处理的功能。

Description

用于煤矿综放工作面产尘规律测定的实验装置及实验方法

技术领域

本发明涉及模拟实验装置及方法，尤其涉及一种用于煤矿综放工作面产尘规律测定的实验装置及实验方法。

背景技术

目前，我国绝大多数煤矿为地下开采，煤矿正朝着大型化、自动化发展。然而，随着煤矿开采机械化程度的不断提高，致使矿井工作面产尘增多。众所周知，采煤工作面是矿井最主要的产尘源之一，采煤机截割和液压支架移架会产生大量粉尘，而综放工作面由于放煤工作大量产尘，成为了产尘最多的采煤工作面方式之一。严重超标的高浓度粉尘不仅会严重威胁井下工作人员的健康，还会恶化井下作业环境、降低工人工作效率，缩短设备的使用寿命。更为重要的是，矿井下粉尘达到一定浓度后，易造成粉尘爆炸事故，严重威胁井下作业人员生命安全和矿井的安全高效生产。

在矿井实际生产过程中，综放工作面的粉尘问题严重影响生产的安全性和威胁矿工的身体健康。综采工作面由于产尘点较多，产尘量大，产尘情况复杂等，国内外专家对于综放工作面的研究并不是很理想，综放工作面的防尘问题已成为一个世界性难题。

若确定影响采煤机截割、液压支架移架和放煤产尘的相关因素，需要一种能模拟掘进工作面掘进机截割产尘的实际情况，能够直观反映截割头转速、不同方向截割、采用不同类型的截割头截割、截割不同应力下的煤体以及截割不同性质的煤块对产尘情况的影响。由此可以总结采煤机截割、液压支架移架和放煤产尘的相关因素对产尘有何影响，进而为矿井综放工作面的降尘提供较为详尽的理论依据。

截至目前，现有技术中，尚未开发出可以有效对综放工作面产尘规律进行测定实验装置。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于煤矿综放工作面产尘规律测定的实验装置及实验方法，以有效、全面进行综放工作面产尘模拟并记录粉尘的相关参数，进而总结综放工作面产尘规律。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

一种用于煤矿综放工作面产尘规律测定的实验装置，其包括由有玻璃制成用于模拟综放工作面的罩体，其中，罩体内一侧设置有置煤台，置煤台之置煤区域的下方设置有第一传输皮带，置煤台之置煤区域的一侧设置有仿真采煤机，仿真采煤机的截割头与置煤区域相对应，仿真采煤机的一侧设置有液压支架，液压支架的上方设置有集煤箱，集煤箱内布置有碎煤块，碎煤块上方布置有第二应力施加装置，液压支架之尾梁下方设置有第二传输皮带；罩体的前侧板、后侧板上分别设置有一通风口，通风口配置有通风机。

所述的实验装置，其中，上述置煤台为一U字形状围堰，U字形状围堰顶部内侧壁面上安装有第一应力施加装置，第一应力施加装置包括第一挤压板和第一电动推杆，第一电动推杆的螺杆末端与第一挤压板固定连接，第一电动推杆的底座固定在围堰底部内侧壁面上；第一应力施加装置将煤块固定住，并由上方的第一电动推杆和第一挤压板对煤块施加所需的应力。

所述的实验装置，其中，上述仿真采煤机由下方的底座和滑块支撑，并可由皮带带动而前后方向移动；仿真采煤机为双滚筒采煤机，前后各有一截割头，仿真采煤机的机臂均各由一第二电动推杆控制，以实现两截割头上下移动；第一传输皮带布置在仿真采煤机和置煤台中间，紧贴置煤台；仿真采煤机由电机控制，当仿真采煤机割煤时掉落的煤块运到第一煤块接料箱内。

所述的实验装置，其中，上述液压支架包括支架底座，支架底座通过一支撑杆与一掩护梁相连接，掩护梁下端设置有上述尾梁，尾梁的末端与第二传输皮带相对应，第二传输皮带的对应端设置有第一煤块接料箱；尾梁与掩护梁通过一第四电动推杆相连接；掩护梁上端与一顶梁相连接，顶梁下方设置有若干个液压立柱，用于支撑顶梁。

所述的实验装置，其中，上述第二应力是施加装置包括第二挤压板和第五电动推杆，第五电动推杆的螺杆末端与第二挤压板固定连接，第五电动推杆的底座固定在罩体的内壁上；第二挤压板紧紧压住集煤箱内的碎煤块。

所述的实验装置，其中，上述罩体内均匀布置有多个测量仪器，用于收集实验装置的对应数据。

一种使用所述实验装置的实验方法，其包括以下步骤：

将煤块试样放在置煤台上，通过第一应力施加装置根据不同的实验对象和条件，按实验所需，对煤块施加压力的调节；将碎煤块试样放在液压支架上方的集煤箱内，通过计算机操控集煤箱上方的第二应力施加装置，根据实验所需，对碎煤块施加压力的调节；

然后，启动通风机，使罩体内形成稳定的风流场，使罩体内的风流场与实验所需模拟的煤矿综放工作面实际状况相吻合；并对实验装置初始位置的调节，直至将仿真采煤机的截割头对准所需的煤块的初始位置点，同步，将液压支架及其各部分调节至初始位置；

其次，按实验设定的参数，由调节各用电设备的电机转速、各电动推杆的推动/回抽；

与此同时，同步处理各测量仪器传输回来的数据；

最后，重复第三步，直至实验结束。

本发明提供的一种用于煤矿综放工作面产尘规律测定的实验装置及实验方法，具有结构简单、布局合理、检测方便等优点，可以高仿真地模拟采煤机截割不用应力作用下的煤块、顺风或逆风割煤和截割头不同转速下割煤的产尘，液压支架上方的煤块在不用应力作用下，移架和放煤工作的产尘状况，并具有适时记录与同步数据处理功能等有益效果。

附图说明

图1为本发明中实验装置的结构示意图；

图2为本发明中实验装置的主体前视图；

图3为本发明的置煤台的局部示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于煤矿综放工作面产尘规律测定的实验装置及实验方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种用于煤矿综放工作面产尘规律测定的实验装置，如图1、图2与图3所示的，其包括由有玻璃制成用于模拟综放工作面的罩体8，其中，罩体8内一侧设置有置煤台1，置煤台1之置煤区域的下方设置有第一传输皮带2，置煤台1之置煤区域的一侧设置有仿真采煤机3，仿真采煤机3的截割头15与置煤区域相对应，仿真采煤机3的一侧设置有液压支架4，液压支架4的上方设置有集煤箱25，集煤箱28内布置有碎煤块28，碎煤块29上方布置有第二应力施加装置，液压支架4之尾梁22下方设置有第二传输皮带5；罩体1的前侧板、后侧板上分别设置有一通风口7，通风口配置有通风机。

更进一步的，上述置煤台1为一U字形状围堰，U字形状围堰顶部内侧壁面上安装有第一应力施加装置，第一应力施加装置包括第一挤压板9和第一电动推杆10，第一电动推杆10的螺杆末端与第一挤压板9固定连接，第一电动推杆10的底座固定在围堰底部内侧壁面上；第一应力施加装置将煤块12固定住，并由上方的第一电动推杆10和第一挤压板9对煤块施加所需的应力。

更进一步的，上述仿真采煤机3由下方的底座16和滑块17支撑，并可由皮带带动而前后方向移动；仿真采煤机3为双滚筒采煤机，前后各有一截割头15，仿真采煤机3的机臂均各由一第二电动推杆14控制，以实现两截割头15上下移动；第一传输皮带2布置在仿真采煤机3和置煤台1中间，紧贴置煤台1；仿真采煤机3由电机控制，当仿真采煤机3割煤时掉落的煤块运到第一煤块接料箱30内。

更进一步的，如图1与图2所示的，上述液压支架4包括支架底座18，底座通过一支撑杆32与一掩护梁21相连接，掩护梁21下端设置有上述尾梁22，尾梁22的末端与第二传输皮带5相对应，第二传输皮带5的对应端设置有第一煤块接料箱31；尾梁22与掩护梁21通过一第四电动推杆24相连接；掩护梁21上端与一顶梁19相连接，顶梁19下方设置有若干个液压立柱20，用于支撑顶梁19。

更进一步的，上述第二应力是施加装置包括第二挤压板28和第五电动推杆27，第五电动推杆27的螺杆末端与第二挤压板28固定连接，第五电动推杆27的底座固定在罩题1的内壁；第二挤压板28紧紧压住集煤箱25内的碎煤块29。并且上述罩体1内均匀布置有多个测量仪器6，用于收集实验装置的对应数据。

为了更进一步描述本发明，以下列举更为详尽的实施例进行说明。

实验装置包括置煤台1、第一传输皮带2和第二传输皮带5、仿真采煤机3、液压支架4、测量仪器6、通风口7和罩体8；其中

上述罩体8包括一长方体形状的框架，框架的六个面分别由六块有机玻璃板组成，其中前后面各留出一个直径1.5米的圆台状通风口7，形成一外部呈长方体形状、内部为空腔的箱体结构。

在上述罩体8内部的左壁面上设置有一置煤台1，置煤台为一倒U字形状围堰，围堰顶部内侧壁面上安装有第一应力施加装置，所述第一应力施加装置包括第一挤压板9和第一电动推杆10，第一电动推杆10的螺杆末端与第一挤压板9固定连接，第一电动推杆10的底座固定在围堰底部内侧壁面上。

在上述置煤台1前方1.2米左右、罩体8的底板上，安装有沿前后方向布置的皮带机13，皮带机13由一电机带动，皮带机下端与底板固定连接，在皮带上装配有仿真采煤机3，仿真采煤机3的底座16与所述皮带机13固定连接；

仿真采煤机3包括若干底座16、若干滑块17、采煤机主体，底座16与皮带机13固定连接，使采煤机可由皮带带动；滑块17下部与底板连接，上部与采煤机主体的滑槽连接；

仿真采煤机3由下方的底座16和滑块17支撑，并可由皮带带动而前后方向移动；仿真采煤机3为双滚筒采煤机，前后各有一截割头15，两采煤机机臂均各由一第二电动推杆14控制，可以实现两截割头15上下移动；

仿真采煤机3和置煤台1中间置有第一传输皮带2，皮带运输机长约8米，皮带宽30-40cm，紧贴置煤台1；第一传输皮带2由电机控制，可把采煤机3割煤时掉落的煤块运到第一传输皮带2前段底部放置的第一煤块接料箱30内。

在上述仿真采煤机3右侧0.5米左右处设置有3-8台前后紧密排列的用于放顶煤的液压支架4；液压支架4高约2米-2.4米，前后宽约1米-1.2米，左右长约1.5-1.8米；液压支架4主要由支架底座18、液压立柱20、顶梁19、掩护梁21、尾梁22、支撑杆32等组成；

所述的液压支架4在底端部均有一左右朝向水平放置的第三电动推杆23，第三电动推杆23右端部与支架底座18固定连接，左端部与采煤机皮带机13固定连接；通过第三电动推杆23的作用可以实现液压支架4的移架。支架底座18通过一支撑杆32与一掩护梁21相连接，液压支架4的顶梁19与支架底座18间由液压立柱20支撑，液压立柱20与顶梁19和支架底座18均为固定连接。掩护梁21在水平方向上倾斜约45°-55°，左上端与顶梁19固定连接；液压支架4的尾梁22在水平方向朝右下倾斜，左上端与掩护梁21轴连接，在掩护梁21与尾梁22下方连接有第四电动推杆24，第四电动推杆24底端与掩护梁21固定连接，第四电动推杆24另一端与尾梁22固定连接，在第四电动推杆24的作用下，可实现尾梁22的活动，即放煤工作。

在上述的每两个液压支架中间的上方均放置有一个宽约0.8-1米，长约1-1.2米，高约0.3米左右的组合体结构的集煤箱25，集煤箱25内放置碎煤块29；在上述的集煤箱25内碎煤块29上方置有第二压力施加装置，第二应力施加装置包括第二挤压板28和第五电动推杆27，第五电动推杆27的螺杆末端与第二挤压板28固定连接，第五电动推杆27的底座固定在罩题1的内壁上；第二挤压板28紧紧压住集煤箱25内的碎煤块29。

在上述的液压支架4的尾梁22下方置有第二传输皮带5，第二传输皮带5由电机控制，可把尾梁22放煤时掉落的煤块运到第二皮带运输机5前段底部放置的第二煤块接料箱31内。在通风口7内各置有一台通风机；通风机可实现模拟采煤面的顺风和逆风的风流情况；在上述的仿真采煤机3机身上、截割面附近、液压支架4之间以及液压支架4放煤点附近均布置若干台测量仪器6，测量仪器6包括粉尘粒度分析仪、激光粉尘仪与风速仪，测量粉尘的浓度和粒径；在置煤台1和液压支架4间放置若干台风速仪，用于测量风速。

本发明还提供了一种使用上述实验装置的实验方法，其包括以下步骤：

将煤块试样放在置煤台1上，通过第一应力施加装置根据不同的实验对象和条件，按实验所需，对煤块施加压力的调节；将碎煤块试样放在液压支架4上方的集煤箱25内，通过计算机操控集煤箱25上方的第二应力施加装置，根据实验所需，对碎煤块施加压力的调节；

然后，启动通风机，使罩体1内形成稳定的风流场，使罩体1内的风流场与实验所需模拟的煤矿综放工作面实际状况相吻合；并对实验装置初始位置的调节，直至将仿真采煤机3的截割头25对准所需的煤块的初始位置点，同步，将液压支架4及其各部分调节至初始位置；

其次，按实验设定的参数，由调节各用电设备的电机转速、各电动推杆的推动/回抽；

与此同时，同步处理各测量仪器传输回来的数据；

最后，重复第三步，直至实验结束。

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代、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)

1.一种用于煤矿综放工作面产尘规律测定的实验装置，其包括由有玻璃制成用于模拟综放工作面的罩体，其特征在于，罩体内一侧设置有置煤台，置煤台之置煤区域的下方设置有第一传输皮带，置煤台之置煤区域的一侧设置有仿真采煤机，仿真采煤机的截割头与置煤区域相对应，仿真采煤机的一侧设置有液压支架，液压支架的上方设置有集煤箱，集煤箱内布置有碎煤块，碎煤块上方布置有第二应力施加装置，液压支架之尾梁下方设置有第二传输皮带；罩体的前侧板、后侧板上分别设置有一通风口，通风口配置有通风机。

2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，上述置煤台为一U字形状围堰，U字形状围堰顶部内侧壁面上安装有第一应力施加装置，第一应力施加装置包括第一挤压板和第一电动推杆，第一电动推杆的螺杆末端与第一挤压板固定连接，第一电动推杆的底座固定在围堰底部内侧壁面上；第一应力施加装置将煤块固定住，并由上方的第一电动推杆和第一挤压板对煤块施加所需的应力。

3.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，上述仿真采煤机由下方的底座和滑块支撑，并可由皮带带动而前后方向移动；仿真采煤机为双滚筒采煤机，前后各有一截割头，仿真采煤机的机臂均各由一第二电动推杆控制，以实现两截割头上下移动；第一传输皮带布置在仿真采煤机和置煤台中间，紧贴置煤台；仿真采煤机由电机控制，当仿真采煤机割煤时掉落的煤块运到第一煤块接料箱内。

4.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，上述液压支架包括支架底座，支架底座通过一支撑杆与一掩护梁相连接，掩护梁下端设置有上述尾梁，尾梁的末端与第二传输皮带相对应，第二传输皮带的对应端设置有第一煤块接料箱；尾梁与掩护梁通过一第四电动推杆相连接；掩护梁上端与一顶梁相连接，顶梁下方设置有若干个液压立柱，用于支撑顶梁。

5.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，上述第二应力是施加装置包括第二挤压板和第五电动推杆，第五电动推杆的螺杆末端与第二挤压板固定连接，第五电动推杆的底座固定在罩体1的内壁上；第二挤压板紧紧压住集煤箱内的碎煤块。

6.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，上述罩体内均匀布置有多个测量仪器，用于收集实验装置的对应数据。

7.一种使用如权利要求1所述实验装置的实验方法，其包括以下步骤：

将煤块试样放在置煤台上，通过第一应力施加装置根据不同的实验对象和条件，按实验所需，对煤块施加压力的调节；将碎煤块试样放在液压支架上方的集煤箱内，通过计算机操控集煤箱上方的第二应力施加装置，根据实验所需，对碎煤块施加压力的调节；

然后，启动通风机，使罩体内形成稳定的风流场，使罩体内的风流场与实验所需模拟的煤矿综放工作面实际状况相吻合；并对实验装置初始位置的调节，直至将仿真采煤机的截割头对准所需的煤块的初始位置点，同步，将液压支架及其各部分调节至初始位置；

其次，按实验设定的参数，由调节各用电设备的电机转速、各电动推杆的推动/回抽；

与此同时，同步处理各测量仪器传输回来的数据；

最后，重复第三步，直至实验结束。