CN106885744A - 一种用于煤矸石颗粒冲击的实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于煤矸石颗粒冲击的实验装置及方法，煤矸石放料机构一侧设置有冲击机构，冲击机构用于冲击煤矸石放料机构内放置的煤矸石颗粒；上述煤矸石放料机构包括底座，底座上设置有竖直布置的升降油缸，升降油缸的上端设置有料斗支撑台，料斗支撑台上铰接有料斗，料斗的前端铰接有一料斗调节油缸，料斗调节油缸的另一端铰接在料斗支撑台上，料斗的一侧设置有斗门，斗门上配置有斗门开关油缸；上述冲击机构的冲击靶板与上述斗门相适配。利用所搭建的煤和矸石颗粒冲击实验装置对放顶煤过程进行模拟，对尾梁振动信号进行检测，从而提取特征阻尼、特征摩擦系数，以此实现煤矸的识别，提高了实验数据的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及煤矸石颗粒冲击领域，尤其涉及一种用于煤矸石颗粒冲击的实验装置及方法。
背景技术
综合机械化放顶采煤法是现今煤矿生产中应用非常广泛，适应性和采煤效率最高的一种采煤方式，尤其在我国更是厚煤层开采的高效采煤方式。实现综放自动化、无人化能够大大提高生产效率及安全水平，能把工人在最危险恶劣的工作环境中解放出来，这是煤炭开采技术发展的最主要趋势；要实现综采放顶煤无人自动化必须解决煤矸识别这一“瓶颈”问题。因此，现有技术有待于更进一步的改进和发展。
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矸石颗粒冲击的实验装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明方案包括：
一种用于煤矸石颗粒冲击的实验装置，其包括煤矸石放料机构，其中，煤矸石放料机构一侧设置有冲击机构，冲击机构用于冲击煤矸石放料机构内放置的煤矸石颗粒；上述煤矸石放料机构包括底座，底座上设置有竖直布置的升降油缸，升降油缸的上端设置有料斗支撑台，料斗支撑台上铰接有料斗，料斗的前端铰接有一料斗调节油缸，料斗调节油缸的另一端铰接在料斗支撑台上，料斗的一侧设置有斗门，斗门上配置有斗门开关油缸；上述冲击机构的冲击靶板与上述斗门相适配。
所述的实验装置，其中，上述冲击机构包括设置在上述底座一侧的基座，基座上端与上述冲击靶板的一端相铰接，冲击靶板的另一端通过角度调节油缸铰接在上述基座上。
所述的实验装置，其中，上述煤矸石放料机构、冲击机构均与一控制中心通信连接，控制中心包括布置在冲击靶板上的振动传感器与布置在基座上的声传感器，振动传感器、声传感器均与一信号收集卡通信连接，信号收集卡与一工控机通信连接。
所述的实验装置，其中，上述煤矸石放料机构配置有一CT扫描仪，该CT扫描仪与上述控制中心通信连接。
一种使用所述实验装置的方法，其包括以下步骤：
当进行单颗粒冲击试验时，先将试验用煤颗粒或者矸石颗粒置于CT扫描仪进行扫描，确定内部裂隙的微观参数，将扫描后的岩石置于煤矸石放料机构内，并通过调节升降油缸使料斗提升到指定高度，控制冲击靶板和料斗的角度，确定冲击条件，打开料斗的斗门，进行冲击试验，利用振动传感器检测振动信号，分析煤颗粒或者矸石颗粒之冲击靶板振动信号的区别；
然后分别实验不同高度、靶板角度、冲击位置、靶板厚度、振动传感器位置条件下振动信号的区别，确定利用冲击信号阻尼特征实现煤矸的识别；
然后将冲击后的煤颗粒或者矸石颗粒进行CT扫描，通过冲击前后裂隙等微观参数对比，以及试验与数值模拟裂隙参数对比，得到煤颗粒或者矸石颗粒的冲击阻尼特征产生机理；
或者当进行颗粒群冲击试验时，将试验用煤颗粒群或者矸石颗粒群放置在煤矸石放料机构内，依据预设冲击条件，利用高速摄像机记录冲击过程并检测振动信号，高速摄像机记录的数据和振动信号用于与数值模拟结果宏观现象的对比，同时振动信号还用于确定冲击过程的接触阻尼，进行煤矸辨识；然后将煤颗粒群或者矸石颗粒群依次同时置于料斗内，进行冲击试验，观测冲击由煤变成矸石时振动信号的变化，得到，得到煤颗粒或者矸石颗粒的冲击阻尼特征产生机理。
本发明提供的一种用于煤矸石颗粒冲击的实验装置及方法，对不同工况下靶板的振动信号进行分析处理，确定信号差异，研究间接冲击过程中覆盖物对冲击阻尼特征可识别度的影响，并将试验结果与数值模拟结果相对比，通过接触力场、速度场以及覆盖物对冲击物扰动行为分析，揭示间接振动差异产生机理，确定煤和矸间接冲击条件下利用振动信号阻尼特征实现煤矸的识别，用于研究放顶煤过程中煤矸直接冲击尾梁、煤矸间接冲击尾梁和煤矸在尾梁表面滑移三种现象，利用所搭建的煤和矸石颗粒冲击实验装置对放顶煤过程进行模拟，对尾梁振动信号进行检测，从而提取特征阻尼、特征摩擦系数，以此实现煤矸的识别，提高了实验数据的准确性。
附图说明
图1为本发明中煤矸石颗粒冲击的实验装置的结构示意图；
图2为本发明中煤矸石放料机构的结构示意图；
图3为本发明中冲击机构的结构示意图；
图4为本发明中控制中心的结构示意图；
图5为本发明中调整冲击机构与煤矸石放料机构的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种用于煤矸石颗粒冲击的实验装置及方法，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矸石颗粒冲击的实验装置及方法，如图1、图2、图3与图4所示的，其包括煤矸石放料机构1，其中，煤矸石放料机构1一侧设置有冲击机构2，冲击机构2用于冲击煤矸石放料机构1内放置的煤矸石颗粒；上述煤矸石放料机构1包括底座24，底座24上设置有竖直布置的升降油缸16，升降油缸16的上端设置有料斗支撑台14，料斗支撑台14上铰接有料斗11，料斗11的前端铰接有一料斗调节油缸13，料斗调节油缸13的另一端通过油缸固定台15铰接在料斗支撑台14上，料斗11的一侧设置有斗门，斗门上配置有斗门开关油缸12，通过斗门开关油缸12控制斗门的开闭；上述冲击机构2的冲击靶板21与上述斗门相适配，当斗门打开时，冲击靶板21冲击料斗11内的煤颗粒或者矸石颗粒。
更进一步的，上述冲击机构2包括设置在上述底座24一侧的基座23，基座23上端与上述冲击靶板21的一端相铰接，冲击靶板21的另一端通过角度调节油缸22铰接在上述基座23上，以调整冲击靶板21的冲击角度，如图5所示的，可以进行多种实验。
在本发明的另一较佳实施例中，如图4所示的，上述煤矸石放料机构1、冲击机构2均与一控制中心3通信连接，控制中心3包括布置在冲击靶板21上的振动传感器31与布置在基座上的声传感器32，振动传感器31、声传感器32均与一信号收集卡33通信连接，信号收集卡33与一工控机34通信连接。而且上述煤矸石放料机构1配置有一CT扫描仪，该CT扫描仪与上述控制中心3通信连接，用于实时扫描煤颗粒或者矸石颗粒的内部参数。
本发明还提供了一种使用上述实验装置的方法，其包括以下步骤：
当进行单颗粒冲击试验时，先将试验用煤颗粒或者矸石颗粒置于CT扫描仪进行扫描，确定内部裂隙的微观参数，将扫描后的岩石置于煤矸石放料机构1内，并通过调节升降油缸16使料斗11提升到指定高度，控制冲击靶板21和料斗11的角度，确定冲击条件，打开料斗11的斗门，进行冲击试验，利用振动传感器31检测振动信号，分析煤颗粒或者矸石颗粒之冲击靶板振动信号的区别；
如图5所示的，其中m1为煤颗粒或者矸石颗粒质量，r为转角，L为冲击点与销轴距离，t为振动传感器与销轴距离，v为冲击速度，h为尾梁板厚度。然后分别实验不同高度、靶板角度、冲击位置、靶板厚度、振动传感器位置条件下振动信号的区别，确定利用冲击信号阻尼特征实现煤矸的识别；
然后将冲击后的煤颗粒或者矸石颗粒进行CT扫描，通过冲击前后裂隙等微观参数对比，以及试验与数值模拟裂隙参数对比，得到煤颗粒或者矸石颗粒的冲击阻尼特征产生机理；
或者当进行颗粒群冲击试验时，将试验用煤颗粒群或者矸石颗粒群放置在煤矸石放料机构1内，依据预设冲击条件，利用高速摄像机记录冲击过程并检测振动信号，高速摄像机记录的数据和振动信号用于与数值模拟结果宏观现象的对比，同时振动信号还用于确定冲击过程的接触阻尼，进行煤矸辨识；然后将煤颗粒群或者矸石颗粒群依次同时置于料斗11内，进行冲击试验，观测冲击由煤变成矸石时振动信号的变化，得到，得到煤颗粒或者矸石颗粒的冲击阻尼特征产生机理。
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 (5)
1.一种用于煤矸石颗粒冲击的实验装置，其包括煤矸石放料机构，其特征在于，煤矸石放料机构一侧设置有冲击机构，冲击机构用于冲击煤矸石放料机构内放置的煤矸石颗粒；上述煤矸石放料机构包括底座，底座上设置有竖直布置的升降油缸，升降油缸的上端设置有料斗支撑台，料斗支撑台上铰接有料斗，料斗的前端铰接有一料斗调节油缸，料斗调节油缸的另一端铰接在料斗支撑台上，料斗的一侧设置有斗门，斗门上配置有斗门开关油缸；上述冲击机构的冲击靶板与上述斗门相适配。
2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，上述冲击机构包括设置在上述底座一侧的基座，基座上端与上述冲击靶板的一端相铰接，冲击靶板的另一端通过角度调节油缸铰接在上述基座上。
3.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于，上述煤矸石放料机构、冲击机构均与一控制中心通信连接，控制中心包括布置在冲击靶板上的振动传感器与布置在基座上的声传感器，振动传感器、声传感器均与一信号收集卡通信连接，信号收集卡与一工控机通信连接。
4.根据权利要求3所述的实验装置，其特征在于，上述煤矸石放料机构配置有一CT扫描仪，该CT扫描仪与上述控制中心通信连接。
5.一种使用如权利要求1所述实验装置的方法，其包括以下步骤：
当进行单颗粒冲击试验时，先将试验用煤颗粒或者矸石颗粒置于CT扫描仪进行扫描，确定内部裂隙的微观参数，将扫描后的岩石置于煤矸石放料机构内，并通过调节升降油缸使料斗提升到指定高度，控制冲击靶板和料斗的角度，确定冲击条件，打开料斗的斗门，进行冲击试验，利用振动传感器检测振动信号，分析煤颗粒或者矸石颗粒之冲击靶板振动信号的区别；
然后分别实验不同高度、靶板角度、冲击位置、靶板厚度、振动传感器位置条件下振动信号的区别，确定利用冲击信号阻尼特征实现煤矸的识别；
然后将冲击后的煤颗粒或者矸石颗粒进行CT扫描，通过冲击前后裂隙等微观参数对比，以及试验与数值模拟裂隙参数对比，得到煤颗粒或者矸石颗粒的冲击阻尼特征产生机理；
或者当进行颗粒群冲击试验时，将试验用煤颗粒群或者矸石颗粒群放置在煤矸石放料机构内，依据预设冲击条件，利用高速摄像机记录冲击过程并检测振动信号，高速摄像机记录的数据和振动信号用于与数值模拟结果宏观现象的对比，同时振动信号还用于确定冲击过程的接触阻尼，进行煤矸辨识；然后将煤颗粒群或者矸石颗粒群依次同时置于料斗内，进行冲击试验，观测冲击由煤变成矸石时振动信号的变化，得到，得到煤颗粒或者矸石颗粒的冲击阻尼特征产生机理。
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