CN107965321A - 一种物理相似模拟试验的自动连续开挖装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种物理相似模拟试验的自动连续开挖装置，包括连续开挖部分和控制部分，其中连续开挖部分特征在于：由带切割片的螺旋钻杆、可旋转支架、传动装置、电动机、C型钢水平导轨、水平前进轮、辅助旋出装置和掩护板组成，电动机动力经传送装置传至带切割片的螺旋钻杆，然后由带切割片的螺旋钻杆切割煤层，并通过水平前进轮将整个装置向前推进，螺旋钻杆的旋转力及辅助旋出装置可将切落的煤层运出工作面。同时，控制部分特征在于：由开、关、点动、转速、距离按钮控制程序组成，通过开关按钮控制启动与关闭，通过点动按钮可提供瞬时动力，通过转速按钮可控制水平推进速度，通过距离按钮可控制水平推进距离。
Description
技术领域
本发明涉及一种物理相似模拟试验的煤层开挖装置，尤其是一种自动连续控制装置，用于物理相似模拟试验实现连续自动开挖以提高试验结果的准确性。
背景技术
由于采矿地质条件的复杂多变，采矿工程力学问题影响因素众多，各矿山开采技术复杂多变，单凭数值模拟达不到令人满意的结果，且不能完整准确的反映具体条件与采矿过程中由于采动引起的岩层运动，因此，我国1958年引进物理相似模拟实验，凭借其在反映采动过程中岩层运动的准确及可靠性优势，在我国矿业研究过程中，物理相似模拟研究依然在各科研工作中占据重要地位，现已逐步夸大至煤炭科学研究院、各煤炭高校以及冶金、建筑、水利、工程地质等部门。
目前，物理相似模拟试验开挖过程基本为人工开挖，开采的自动连续性、可控性及质量方面较差，易对顶板造成二次破坏，不能真实的模拟井下综采工作面的连续推进过程，对模拟结果的精确性存在不利影响，或在建立模型过程中预先放置一定宽高（宽高分别代表推进距离和采高）的薄板代表煤层，开挖过程则为依次抽取薄板，若煤层埋深大则开挖较困难，开挖过程对模型整体的扰动较大，且开挖过程不能实现连续性，亦不能体现推进过程的时间效应，开挖过程易对直接顶产生水平横向拉伸破坏，并将顶底板岩层带出工作面，可控性较差。
为实现物理相似模拟试验煤层开挖过程中的自动连续性，提高模拟结果准确性为出发点和立足点。本装置在开挖过程中的主要优点：1.能够实现走向方向自动连续开挖；2.采用螺旋钻开挖可提高开挖效率及质量，开挖面均匀，对围岩的扰动及破坏程度小；3.利用螺旋钻旋转原理及辅助旋出装置可将切落的煤炭运出工作面，替代了工作面刮板输送机；4.能与当前物理相似模拟试验架配合使用，根据模拟不同采高可更换不同直径的钻杆，根据开挖位置，可调整旋转支架的角度；5.根据开挖时间及推进长度，可在程序中进行设置；6.装置简单，易操作，灵活性好，可提高试验结果的准确性。
发明内容
技术问题：本专利目的为解决现今物理相似模拟试验开挖过程非自动、非连续性及时间、距离不可控问题，可实现物理相似模拟试验自动连续性开挖，结构及操作简单，开挖效果、灵活性及可控性好，进而提高模拟结果的准确性。
技术方案：本发明物理相似模拟试验自动连续开挖装置，包括带开挖片的螺旋钻杆、可旋转螺旋杆支杆、传动装置、电动机、C型钢、水平前进轮、掩护板、控制台、端部切割片、辅助旋出装置、距离传感器。所述带开挖片的螺旋钻杆作用为开挖煤层，并借助钻杆的旋转力及辅助旋出装置将切落的煤炭运出工作面，其包含直径各不相同的螺旋钻杆，根据采厚不同选择相应直径钻杆。可旋转螺旋钻杆支杆可绕一点旋转，起到灵活调节开挖位置的作用。传动装置的作用即将电动机的动能传至螺旋钻杆，同时，电动机提供整个装置前进的动力。C型钢导轨作用为在一侧提供水平方向的前进轨道，垂直方向固定整个装置。掩护板的作用与工作面液压支架挡板作用相同。辅助旋出装置的作用是将切落的煤炭运出工作面。控制台的作用为控制电动机开、关、点动、转速及前进距离。
有益效果：本发明应用于采矿工程物理相似模拟试验的开挖阶段，通过程序控制、带切割片的螺旋钻杆开挖、掩护板支撑、辅助旋出装置运送等实现了实际工作面开采过程，操作简单，开挖质量及灵活性好，过程可控，对围岩应力场的二次扰动小，同时通过螺旋钻杆装置提供的旋转力及辅助旋出装置将切落的煤炭及时运出工作面，保证了采空区的自由垮落空间，提高了物理相似模拟试验结果的准确性。
本发明主要应用于采矿工程物理相似模拟试验，可与现今各试架配合使用，待模型处于开挖阶段时，安装该装置，模拟不同采高、不同煤层倾角、不同推进速度及开挖距离等，可提高开挖效率、节约人工。
附图说明
为更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例现有技术描述中所需要使用的附图作简要地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明一种物理相似模拟试验自动连续开挖装置结构正视图；
图2是本发明一种物理相似模拟试验自动连续开挖装置结构侧视图；
图3是本发明一种物理相似模拟试验自动连续开挖装置结构俯视图；
图4是本发明带切割片的螺旋钻杆平面图；
图5是本发明总控制台平面图。
图6是本发明一种物理相似模拟试验自动连续开挖装置摘要附图。
图中：1-带切割片的螺旋钻杆，2-可旋转支架，3-传动装置，4-电动机，5-C型钢导轨，6-掩护板，7-水平前进轮，8-C型钢导轨固定孔，9-控制台，10-端部切割片，11-距离传感器，12-辅助旋出装置，13-钻杆连接口。
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。一种本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例提供一种一种物理相似模拟试验自动连续开挖装置，能够实现相似模拟试验对煤层的自动连续开挖，本发明实施例还提供相应的控制程序，以下结合附图对本发明的作进一步的描述：
图1所示，本发明一种物理相似模拟试验自动连续开挖装置，包括带切割片的螺旋钻杆（1）、可旋转支架（2）、传动装置（3）、电动机（4）、C型钢导轨（5）、掩护板（6）、C型钢导轨固定孔（8）、控制台（9）和钻杆接口。所述带切割片的螺旋钻杆安装于可旋转支架上，可从旋转支架上端部拆卸安装，更换不同直径的钻杆；传动装置连接电动机与螺旋钻杆，其可将电动机动力传送至钻杆，从而使钻杆转动切割煤层；电动机为该装置的动力核心，因需动力小，所以选择小功率轻便型电动机即可；电动机中心轴内端部连接水平前进轮，圆轮尺寸与C型导轨内壁尺寸吻合，圆轮水平前进的动力源自电动机，可带动整个装置水平前进，圆轮上下左右方向固定，起到支撑整个装置重力的作用；掩护板与可旋转钻杆相连，其前部外沿位于钻杆轴线正上方，其尾部下沿距底板距离为钻杆1/3直径；C型钢导轨固定孔与试验立柱侧板固定孔共用。
图2所示，本发明一种物理相似模拟试验自动连续开挖装置，包含带切割片的螺旋钻杆（1）、可旋转支架（2）、传动装置（3）、电动机（4）、C型钢导轨（5）、掩护板（6）、水平前进轮（7）、控制台（9）和距离传感器（11）。距离传感器安装在水平前进轮上，可记录装置的水平位移，及走向的推进距离。
图3所示，本发明一种物理相似模拟试验自动连续开挖装置，包含带切割片的螺旋钻杆（1）、可旋转支架（2）、传动装置（3）、电动机（4）、C型钢导轨（5）、掩护板（6）和控制台（9）。其具体实施方式见上文所述。
图4所示，本发明一种物理相似模拟试验自动连续开挖装置，包含带切割片的螺旋钻杆（1）、掩护板（6）、端部切割片（10）、辅助旋出装置（12）和钻杆连接口（13）。根据不同采厚选择不同直径钻杆，安装于钻杆接口处，钻杆沿顺时针方向旋转，由端部切割片切落煤层，借助辅助旋出装置及钻杆旋转力将切落煤炭运出工作面，一方面起到刮板输送机的作用，另一方面可提供充足的覆岩垮落空间，提高试验的模拟效果。
图5所示，本发明一种物理相似模拟试验自动连续开挖装置的控制台，控制台位于电动机上部，共5个控制程序，各程序分别控制开、关、点动、转速及距离，点动可提供瞬时动力，其目的为防止钻杆切割煤层时出现卡钻现象；转速按钮可控制电动机的转速进而控制工作面的推进速度；距离按钮可控制工作面的开挖距离，其距离由安装在水平前进轮上的距离传感器判定。
Claims (6)
1.一种物理相似模拟试验的自动连续开挖装置，其特征在于实现了物理相似模拟试验煤层的连续开挖及控制程序两个组建模块；其中，所述自动连续开挖模块，用于模拟综采工作面开挖过程；所述的可控开挖模块，用于控制物理相似模拟试验煤层的开挖过程。
2.根据权利要求1所述的自动连续开挖模块，其特征：由带切割片的螺旋钻杆、可旋转支架、传动装置、电动机、C型钢水平导轨、水平前进轮、辅助旋出装置和掩护板组成，将电动机动力通过传送装置传至带切割片的螺旋钻杆，然后由带切割片的螺旋钻杆切割煤层，并通过水平前进轮将整个装置向前推进，螺旋钻杆的旋转力及辅助旋出装置可将切落的煤层运出工作面，该过程具有实际工作面刮板输送机作用，掩护板具有支撑作用，其随着装置水平同步前进，其具有实际工作面液压支架的支撑作用。
3.根据权利要求1所述的程序控制系统，其特征在于：控制台包括开、关、点动、转速、距离控制程序，通过开关控制装置启动与关闭，通过点动可提供瞬时动力以解决钻杆切割过程中出现卡顿现象，通过转速可控制不同水平推进速度，通过距离可控制装置水平推进距离。
4.根据权利要求2所述的带切割片的连螺旋钻杆，其特征：在螺旋钻杆端部的加装切割片，根据不同单层采厚可更换不同直径的螺旋钻杆。
5.根据权利要求2所述的可旋转支架，其特征：支架可绕电动机端进行旋转，进而开采不同位置煤层，以实现分层开采的目的。
6.根据权利要求2所述的辅助旋出装置，其特征：位于钻杆后方约1cm，借助螺旋钻杆旋转力将切落的煤层运出工作面，该过程具有实际工作面刮板输送机作用。
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