CN108414729B - 顶煤破碎特性模拟研究装置及其模拟试验方法 - Google Patents

Abstract

顶煤破碎特性模拟研究装置，包括顶部敞口且呈长方体形状的试验盒，试验盒由底板、左侧立板、右侧立板、前侧立板和后侧立板合围而成，右侧立板的前侧边和后侧边分别与前侧立板和后侧立板之间可拆卸连接，左侧立板的左侧沿前后水平方向设置有左透明安装管，右侧立板的右侧沿前后水平方向设置有γ射线发射仪，左侧立板左侧的下部设置有电源接头和数据存储器，电源接头通过电源线与数据存储器连接，数据存储器通过数据线分别与左透明安装管和右透明安装管内的γ射线发射仪连接。本发明可操作性强，通过使用现代穿透扫描技术与相似模拟实验结合起来，能反应上覆岩层重新压实后内部岩石裂隙发育情况，并对垮落的上覆岩层进行收集称重。

Description

顶煤破碎特性模拟研究装置及其模拟试验方法

技术领域

本发明属于煤矿顶煤开采技术领域，尤其涉及顶煤破碎特性模拟研究装置及其模拟试验方法。

背景技术

目前，由于科学技术的限制，在对于煤层开挖后上覆岩层变化规律的实验都只是在相视模拟实验室进行近似的实验研究。在进行相似模拟实验时，模拟煤层开挖后对上覆岩层变化规律能进行宏观的观测，能记录下来上覆岩层由稳定、破坏、再稳定的过程。但是对于破坏之后再稳定的上覆岩层内部的裂隙发育情况就很难及时直观的反应出来；而且对于跨落后的上覆岩层的重量计算也没有直接具体体现。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种便于操作、试验数据精准、能准确测试煤层开挖后上覆岩层裂隙发育情况、并对垮落的上覆岩层进行收集并称重的顶煤破碎特性模拟研究装置及其模拟试验方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：顶煤破碎特性模拟研究装置，包括顶部敞口且呈长方体形状的试验盒，试验盒由底板、左侧立板、右侧立板、前侧立板和后侧立板合围而成，底板、左侧立板、右侧立板、前侧立板和后侧立板均为透明材料制成，右侧立板的前侧边和后侧边分别与前侧立板和后侧立板之间可拆卸连接，左侧立板的左侧沿前后水平方向设置有左透明安装管，右侧立板的右侧沿前后水平方向设置有右透明安装管，左透明安装管和右透明安装管内均设置有γ射线发射仪，左侧立板左侧的下部设置有电源接头和数据存储器，电源接头通过电源线与数据存储器连接，数据存储器通过数据线分别与左透明安装管和右透明安装管内的γ射线发射仪连接。

前侧立板右端边沿沿垂直方向固定设置有前插槽式导向轨道，后侧立板右端边沿沿垂直方向固定设置有后插槽式导向轨道，前插槽式导向轨道和后插槽式导向轨道均顶部敞口，右侧立板的前侧边沿和后侧边沿分别设置有前插槽导轨和后插槽导轨，前插槽导轨滑动插设在前插槽式导向轨道内，后插槽导轨滑动插设在后插槽式导向轨道内。

右侧立板的右侧中部设置有把手。

顶煤破碎特性模拟研究装置的模拟试验方法，包括以下步骤：

（1）相似模拟试验机放置在试验台上，操作相似模拟试验机，压实相似模拟试验机内的煤层和覆岩层；

（2）将试验盒放置在相似模拟试验机底部待开挖煤层的下方，前侧立板和后侧立板的顶部边沿分别与待开挖煤层下表面的始点和终点对应接触，右侧立板位于相似模拟试验机的右侧外部；

（3）手持把手，将右侧立板向上提起，前插槽导轨和后插槽导轨分别沿前插槽式导向轨道和后插槽式导向轨道向上滑动，直到前插槽导轨和后插槽导轨分别脱离前插槽式导向轨道和后插槽式导向轨道后，将右侧立板线放置到试验台上；

（4）操作者手持开挖刀由试验盒的右侧对相似模拟试验机内最下部的煤层进行开挖，开挖后的煤层落到试验盒内，煤层被全部开挖后，将试验盒内的煤层清理出去；

（5）将右侧立板安装上去，前插槽导轨滑动插设在前插槽式导向轨道内，后插槽导轨滑动插设在后插槽式导向轨道内；

（6）将电源插头与电源接头连接，相似模拟试验机内的岩层重新被压实，在压实的过程中左透明安装管和右透明安装管内的γ射线发射仪对落入到试验盒内的覆岩层进行扫描检测，扫描监测的数据存储到数据存储器内；

（7）待相似模拟试验机内的岩层重新被压实稳定后，断开电源，取出试验盒称重，即可得出上覆岩层垮落的重量；

（8）对数据存储器内存储的数据在计算机上进行研究分析，获得上覆岩层重新压实后裂隙发育及开挖煤层后上覆岩层变化的情况。

采用上述技术方案，本发明中的试验盒中的底板、左侧立板、右侧立板、前侧立板和后侧立板均采用透明塑料制成，便于γ射线发射仪对上覆岩层的落料，其中底板、左侧立板、前侧立板和后侧立板通过胶粘而成，前插槽式导向轨道粘接在前侧立板的右侧边，后插槽式导向轨道粘接在后侧立板的右侧边，前插槽导轨粘接在右侧立板的前侧边，后插槽导轨粘接在右侧立板的后侧边。把手用于手持着将右侧立板的安装和拆卸。

本发明采用现代穿透扫描技术γ射线，利用γ射线能穿透物体并且扫描出物体内部不同物质，而后形成不同的图谱的原理，能反映出上覆岩层重新压实后裂隙发育情况。在真正地理上对煤层开采后的上覆岩层变化的预测更准确。

综上所述，本发明的模拟研究装置结构简单、便于制造、可操作性强，通过使用现代穿透扫描技术与相似模拟实验结合起来，能反应上覆岩层重新压实后内部岩石裂隙发育情况，并对垮落的上覆岩层进行收集称重。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中自压式铆钉射出机构的放大图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的顶煤破碎特性模拟研究装置，包括顶部敞口且呈长方体形状的试验盒，试验盒由底板1、左侧立板2、右侧立板3、前侧立板4和后侧立板5合围而成，底板1、左侧立板2、右侧立板3、前侧立板4和后侧立板5均为透明材料制成，右侧立板3的前侧边和后侧边分别与前侧立板4和后侧立板5之间可拆卸连接，左侧立板2的左侧沿前后水平方向设置有左透明安装管6，右侧立板3的右侧沿前后水平方向设置有右透明安装管7，左透明安装管6和右透明安装管7内均设置有γ射线发射仪，左侧立板2左侧的下部设置有电源接头8和数据存储器9，电源接头8通过电源线与数据存储器9连接，数据存储器9通过数据线分别与左透明安装管6和右透明安装管7内的γ射线发射仪连接。

前侧立板4右端边沿沿垂直方向固定设置有前插槽式导向轨道10，后侧立板5右端边沿沿垂直方向固定设置有后插槽式导向轨道11，前插槽式导向轨道10和后插槽式导向轨道11均顶部敞口，右侧立板3的前侧边沿和后侧边沿分别设置有前插槽导轨12和后插槽导轨13，前插槽导轨12滑动插设在前插槽式导向轨道10内，后插槽导轨13滑动插设在后插槽式导向轨道11内。

右侧立板3的右侧中部设置有把手14。

顶煤破碎特性模拟研究装置的模拟试验方法，包括以下步骤：

（1）相似模拟试验机放置在试验台上，操作相似模拟试验机，压实相似模拟试验机内的煤层和覆岩层；

（2）将试验盒放置在相似模拟试验机底部待开挖煤层的下方，前侧立板4和后侧立板5的顶部边沿分别与待开挖煤层下表面的始点和终点对应接触，右侧立板3位于相似模拟试验机的右侧外部；

（3）手持把手14，将右侧立板3向上提起，前插槽导轨12和后插槽导轨13分别沿前插槽式导向轨道10和后插槽式导向轨道11向上滑动，直到前插槽导轨12和后插槽导轨13分别脱离前插槽式导向轨道10和后插槽式导向轨道11后，将右侧立板3线放置到试验台上；

（4）操作者手持开挖刀由试验盒的右侧对相似模拟试验机内最下部的煤层进行开挖，开挖后的煤层落到试验盒内，煤层被全部开挖后，将试验盒内的煤层清理出去；

（5）将右侧立板3安装上去，前插槽导轨12滑动插设在前插槽式导向轨道10内，后插槽导轨13滑动插设在后插槽式导向轨道11内；

（6）将电源插头与电源接头8连接，相似模拟试验机内的岩层重新被压实，在压实的过程中左透明安装管6和右透明安装管7内的γ射线发射仪对落入到试验盒内的覆岩层进行扫描检测，扫描监测的数据存储到数据存储器9内；

（7）待相似模拟试验机内的岩层重新被压实稳定后，断开电源，取出试验盒称重，即可得出上覆岩层垮落的重量；

（8）对数据存储器9内存储的数据在计算机上进行研究分析，获得上覆岩层重新压实后裂隙发育及开挖煤层后上覆岩层变化的情况。

本发明中的试验盒中的底板1、左侧立板2、右侧立板3、前侧立板4和后侧立板5均采用透明塑料制成，便于γ射线发射仪对上覆岩层的落料，其中底板1、左侧立板2、前侧立板4和后侧立板5通过胶粘而成，前插槽式导向轨道10粘接在前侧立板4的右侧边，后插槽式导向轨道11粘接在后侧立板5的右侧边，前插槽导轨12粘接在右侧立板3的前侧边，后插槽导轨13粘接在右侧立板3的后侧边。把手14用于手持着将右侧立板3的安装和拆卸。

本发明采用现代穿透扫描技术γ射线，利用γ射线能穿透物体并且扫描出物体内部不同物质，而后形成不同的图谱的原理，能反映出上覆岩层重新压实后裂隙发育情况。在真正地理上对煤层开采后的上覆岩层变化的预测更准确。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构、方向等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.顶煤破碎特性模拟研究装置的模拟试验方法，其特征在于：

顶煤破碎特性模拟研究装置包括顶部敞口且呈长方体形状的试验盒，试验盒由底板、左侧立板、右侧立板、前侧立板和后侧立板合围而成，底板、左侧立板、右侧立板、前侧立板和后侧立板均为透明材料制成，右侧立板的前侧边和后侧边分别与前侧立板和后侧立板之间可拆卸连接，左侧立板的左侧沿前后水平方向设置有左透明安装管，右侧立板的右侧沿前后水平方向设置有右透明安装管，左透明安装管和右透明安装管内均设置有γ射线发射仪，左侧立板左侧的下部设置有电源接头和数据存储器，电源接头通过电源线与数据存储器连接，数据存储器通过数据线分别与左透明安装管和右透明安装管内的γ射线发射仪连接；

前侧立板右端边沿沿垂直方向固定设置有前插槽式导向轨道，后侧立板右端边沿沿垂直方向固定设置有后插槽式导向轨道，前插槽式导向轨道和后插槽式导向轨道均顶部敞口，右侧立板的前侧边沿和后侧边沿分别设置有前插槽导轨和后插槽导轨，前插槽导轨滑动插设在前插槽式导向轨道内，后插槽导轨滑动插设在后插槽式导向轨道内；右侧立板的右侧中部设置有把手；

所述的模拟试验方法包括以下步骤：

（1）相似模拟试验机放置在试验台上，操作相似模拟试验机，压实相似模拟试验机内的煤层和覆岩层；

（2）将试验盒放置在相似模拟试验机底部待开挖煤层的下方，前侧立板和后侧立板的顶部边沿分别与待开挖煤层下表面的始点和终点对应接触，右侧立板位于相似模拟试验机的右侧外部；

（3）手持把手，将右侧立板向上提起，前插槽导轨和后插槽导轨分别沿前插槽式导向轨道和后插槽式导向轨道向上滑动，直到前插槽导轨和后插槽导轨分别脱离前插槽式导向轨道和后插槽式导向轨道后，将右侧立板线放置到试验台上；

（4）操作者手持开挖刀由试验盒的右侧对相似模拟试验机内最下部的煤层进行开挖，开挖后的煤层落到试验盒内，煤层被全部开挖后，将试验盒内的煤层清理出去；

（5）将右侧立板安装上去，前插槽导轨滑动插设在前插槽式导向轨道内，后插槽导轨滑动插设在后插槽式导向轨道内；

（6）将电源插头与电源接头连接，相似模拟试验机内的岩层重新被压实，在压实的过程中左透明安装管和右透明安装管内的γ射线发射仪对落入到试验盒内的覆岩层进行扫描检测，扫描监测的数据存储到数据存储器内；

（7）待相似模拟试验机内的岩层重新被压实稳定后，断开电源，取出试验盒称重，即可得出上覆岩层垮落的重量；

（8）对数据存储器内存储的数据在计算机上进行研究分析，获得上覆岩层重新压实后裂隙发育及开挖煤层后上覆岩层变化的情况。

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