CN108461030B - 一种厚煤层分层开采的教学模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种厚煤层分层开采的教学模拟装置,包括模型支架(1),在其中设置有上煤层模拟系统(2)、下煤层模拟系统(3)、再造假顶模拟系统(4)和多个其他岩层;所述上煤层模拟系统(2)设置在所述下煤层模拟系统(3)的上部,所述上煤层模拟系统(2)和所述下煤层模拟系统(3)均由多个铁棍(5)从左到右依次排列而成;所述再造假顶模拟系统(4)由多个第一塑料片(6)和多个第二塑料片(7)交错设置并且活动连接而成。本发明所述的厚煤层分层开采的教学模拟装置完全还原模拟煤层分层开采场景以及对顶底板造成的规律影响研究。
Description
技术领域
本发明涉及矿业领域教学研究与科研实验,特别是涉及一种厚煤层分层开采的教学模拟装置。
背景技术
三维相似模拟就是传统的相似模拟实验的优化与改良,传统的二维相似模拟宽度只有20cm,完全没有考虑边界效应对开采压力的影响,同时,目前为止相似模拟都没有考虑到伪顶的影响,这些都是不完全符合相似实验的原则;
同时,分层开采是当煤层很厚时,将煤层分成若干层,一般是2层或3层,分别开采。这种回采工艺就叫做“分层开采”,分层开采由很多问题需要在煤层开采之前确定清楚,比如下分层滞后时间,采掘接续进度安排,以及对顶板岩性的需求等问题,甚至是分两层还是分三层更有利于安全生产,这些问题通过合理的相似模拟来研究。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种完全还原模拟煤层分层开采场景以及对顶底板造成的规律影响研究的厚煤层分层开采的教学模拟装置。
一种厚煤层分层开采的教学模拟装置,包括模型支架,在其中设置有上煤层模拟系统、下煤层模拟系统、再造假顶模拟系统和多个其他岩层;
所述上煤层模拟系统设置在所述下煤层模拟系统的上部,所述上煤层模拟系统和所述下煤层模拟系统均由多个铁棍从左到右依次排列而成;
所述再造假顶模拟系统由多个第一塑料片和多个第二塑料片交错设置并且活动连接而成,所述第一塑料片和所述第二塑料片的数量总和与所述上煤层模拟系统中的所述铁棍数量一致,并且每个所述第一塑料片和所述第二塑料片的后端分别连接一个所述铁棍的前端。
本发明所述的厚煤层分层开采的教学模拟装置,其中,
所述第一塑料片包括第一板体和固定在其左右两侧的第一连接件,所述第一连接件包括第一侧板和固定在其顶端的第一限位片,所述第一侧板的底端与所述第一板体连接,所述第一限位片水平设置并向内侧延伸;
所述第二塑料片包括第二板体和固定在其左右两侧的第二连接件,所述第二连接件包括第二侧板和固定在其底端的第二限位片,所述第二侧板的顶端与所述第二板体连接,所述第二限位片水平设置并向内侧延伸;
相邻的所述第一连接件和所述第二连接件扣合连接,并且二者之间能够相对自由滑动。
本发明所述的厚煤层分层开采的教学模拟装置,其中,所述模型支架包括底板和固定在其左右两侧的两个支架侧板,在所述支架侧板上设置有多个通孔;
所述铁棍的前端设置在所述模型支架的前端,长度长于所述模型支架的宽度。
本发明所述的厚煤层分层开采的教学模拟装置还包括煤柱模拟系统,由煤柱顶板、煤柱底板和两个煤柱侧板构成,所述煤柱模拟系统的前端与所述模型支架的前端对齐。
本发明所述的厚煤层分层开采的教学模拟装置,其中,在所述上煤层模拟系统和所述下煤层模拟系统的左右两侧填充有骨料。
本发明所述的厚煤层分层开采的教学模拟装置,其中,所述模型支架的长宽高分别为5000mm、2600mm和4800mm;所述铁棍为长方体,高度和宽度为模拟煤厚的一半,在所述上煤层模拟系统中,所述铁棍的长度为3000mm,在所述下煤层模拟系统中,所述铁棍的长度为2800mm;所述第一塑料片和所述第二塑料片的宽度与所述铁棍的宽度相同,长度为2300mm。
本发明所述的厚煤层分层开采的教学模拟装置,其中,所述煤柱模拟系统的材质为铁,长为4000mm、宽为300mm、壁厚3mm、高度为模拟煤厚。
本发明所述的厚煤层分层开采的教学模拟装置,其中,所述模型支架由高强度钢制成,在其底部设置有多个支腿。
本发明所述的厚煤层分层开采的教学模拟装置,其中,所述模型支架的前侧板和后侧板由多个侧护板上下堆叠固定而成,所述侧护板包括竖直设置的固定板和固定在所述固定板上端和下端的水平设置的支撑板,在所述固定板的左右两侧采用螺丝固定;
在所述前侧板上,所述上煤层模拟系统所处的位置,设置有供所述再造假顶系统通过的长条形通孔,在所述后侧板上,所述上煤层模拟系统和下煤层模拟系统所处位置的上下两个所述侧护板之间设置有供所述上煤层模拟系统和所述下煤层模拟系统穿出的间隙;
待模型晾干以后,拆下所述前侧板和所述后侧板。
本发明所述的厚煤层分层开采的教学模拟装置使用方法,包括如下步骤:
从左至右依次拔出所述上煤层模拟系统中的所述铁棍,模拟上层煤层开采,对应的所述第一塑料片或所述第二塑料片依次带入,每个所述铁棍在前端距离所述模型支架的后侧300mm处停止,在模拟下层煤层开采之前,所述第一塑料片和所述第二塑料片均已经带入到了所述模型支架中并衔接在一起,形成了一层再造顶板,上层煤层开采完毕,开始下层煤层的开采,从左至右依次拔出所述下煤层模拟系统中的所述铁棍,模拟下层煤层开采,每个所述铁棍在前端距离所述模型支架的后侧300mm处停止。
本发明厚煤层分层开采的教学模拟装置与现有技术不同之处在于:
本发明厚煤层分层开采的教学模拟装置设计了一套三维相似模拟试验系统,完全还原模拟煤层分层开采场景以及对顶底板造成的规律影响研究,包括模拟下分层滞后时间,采掘接续进度安排,以及对顶板岩性的需求等问题,甚至是分两层还是分三层更有利于安全生产等。
下面结合附图对本发明的厚煤层分层开采的教学模拟装置作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图;
图2为本发明中上煤层模拟系统和下煤层模拟系统的后视图;
图3为本发明中再造假顶模拟系统的后视结构示意图;
图4为本发明装置在工作状态下的俯视结构示意图;
图5为本发明中的煤柱模拟系统的后视结构示意图;
图6为本发明装置中模型支架的前侧板的结构示意图;
图7为本发明装置中模型支架的后侧板的结构示意图。
具体实施方式
如图1~图7所示,一种厚煤层分层开采的教学模拟装置,包括模型支架1,在其中设置有上煤层模拟系统2、下煤层模拟系统3、再造假顶模拟系统4和多个其他岩层;
上煤层模拟系统2设置在下煤层模拟系统3的上部,上煤层模拟系统2和下煤层模拟系统3均由多个铁棍5从左到右依次排列而成;再造假顶模拟系统4由多个第一塑料片6和多个第二塑料片7交错设置并且活动连接而成,第一塑料片6和第二塑料片7的数量总和与上煤层模拟系统2中的铁棍5数量一致,并且每个第一塑料片6和第二塑料片7的后端分别连接一个铁棍5的前端。
以下为优选技术方案:
第一塑料片6包括第一板体601和固定在其左右两侧的第一连接件,第一连接件包括第一侧板602和固定在其顶端的第一限位片603,第一侧板602的底端与第一板体601连接,第一限位片603水平设置并向内侧延伸;
第二塑料片7包括第二板体701和固定在其左右两侧的第二连接件,第二连接件包括第二侧板702和固定在其底端的第二限位片703,第二侧板702的顶端与第二板体702连接,第二限位片703水平设置并向内侧延伸;
相邻的第一连接件和第二连接件扣合连接,并且二者之间能够相对自由滑动。再造假顶模拟系统4由聚丙烯为主要原料的塑料制成。
模型支架1包括底板101和固定在其左右两侧的两个支架侧板102(可以是一体成型的),在支架侧板102上设置有多个通孔103,主要目的是为了传输线路等,材质为高强度钢;铁棍5的前端设置在模型支架1的前端,长度长于模型支架1的宽度。厚煤层分层开采的教学模拟装置还包括煤柱模拟系统8,由煤柱顶板、煤柱底板和两个煤柱侧板构成,煤柱模拟系统8的前端与模型支架1的前端对齐。在上煤层模拟系统2和下煤层模拟系统3的左右两侧填充有骨料。
模型支架1的长宽高分别为5000mm、2600mm和4800mm;铁棍5为长方体,高度和宽度为模拟煤厚的一半,在上煤层模拟系统2中,铁棍5的长度为3000mm,在下煤层模拟系统3中,铁棍5的长度为2800mm;第一塑料片6和第二塑料片7的宽度与铁棍5的宽度相同,长度为2300mm。煤柱模拟系统8的材质为铁,长为4000mm、宽为300mm、壁厚3mm、高度为模拟煤厚,主要作用为模拟煤柱。
模型支架1由高强度钢制成,在其底部设置有多个支腿104。模型支架1的前侧板和后侧板由多个侧护板105上下堆叠固定而成,侧护板105包括竖直设置的固定板和固定在固定板上端和下端的水平设置的支撑板,在固定板的左右两侧采用螺丝固定;侧护板105的高度为200mm,通过上下移动侧护板105的固定位置,可以实现在煤层高度区域,上煤层模拟系统2、下煤层模拟系统3与侧护板105之间实现无缝密封。在两个侧护板105之间,上煤层模拟系统2、下煤层模拟系统3两侧的区域无需处理,因为煤层模拟系统一般总高度都在40mm以内,所以根据经验,里面的砂石不会溢出。
在前侧板上,上煤层模拟系统2所处的位置,设置有供再造假顶系统4通过的长条形通孔106,在后侧板上,上煤层模拟系统2和下煤层模拟系统3所处位置的上下两个侧护板105之间设置有供上煤层模拟系统2和下煤层模拟系统3穿出的间隙;待模型晾干以后,拆下前侧板和后侧板,可以从模型支架1外监测模型表面的位移变化。
厚煤层分层开采的教学模拟装置使用方法,包括如下步骤:
从左至右依次拔出上煤层模拟系统2中的铁棍5,模拟上层煤层开采,对应的第一塑料片6或第二塑料片7依次带入,每个铁棍5在前端距离模型支架1的后侧300mm处停止,在模拟下层煤层开采之前,第一塑料片6和第二塑料片7均已经带入到了模型支架1中并衔接在一起,形成了一层再造顶板,为开采下层煤层时顶底板应力位移特征研究提供近似于实际开采时的条件。上层煤层开采完毕,开始下层煤层的开采,从左至右依次拔出下煤层模拟系统3中的铁棍5,模拟下层煤层开采,每个铁棍5在前端距离模型支架1的后侧300mm处停止。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种厚煤层分层开采的教学模拟装置,其特征在于:包括模型支架(1),在其中设置有上煤层模拟系统(2)、下煤层模拟系统(3)、再造假顶模拟系统(4)和多个其他岩层;
所述上煤层模拟系统(2)设置在所述下煤层模拟系统(3)的上部,所述上煤层模拟系统(2)和所述下煤层模拟系统(3)均由多个铁棍(5)从左到右依次排列而成;
所述再造假顶模拟系统(4)由多个第一塑料片(6)和多个第二塑料片(7)交错设置并且活动连接而成,所述第一塑料片(6)和所述第二塑料片(7)的数量总和与所述上煤层模拟系统(2)中的所述铁棍(5)数量一致,并且每个所述第一塑料片(6)和所述第二塑料片(7)的后端分别连接一个所述铁棍(5)的前端;
所述第一塑料片(6)包括第一板体(601)和固定在其左右两侧的第一连接件,所述第一连接件包括第一侧板(602)和固定在其顶端的第一限位片(603),所述第一侧板(602)的底端与所述第一板体(601)连接,所述第一限位片(603)水平设置并向内侧延伸;
所述第二塑料片(7)包括第二板体(701)和固定在其左右两侧的第二连接件,所述第二连接件包括第二侧板(702)和固定在其底端的第二限位片(703),所述第二侧板(702)的顶端与所述第二板体(702)连接,所述第二限位片(703)水平设置并向内侧延伸;
相邻的所述第一连接件和所述第二连接件扣合连接,并且二者之间能够相对自由滑动;
所述厚煤层分层开采的教学模拟装置还包括煤柱模拟系统(8),由煤柱顶板、煤柱底板和两个煤柱侧板构成,所述煤柱模拟系统(8)的前端与所述模型支架(1)的前端对齐。
2.根据权利要求1所述的厚煤层分层开采的教学模拟装置,其特征在于:所述模型支架(1)包括底板(101)和固定在其左右两侧的两个支架侧板(102),在所述支架侧板(102)上设置有多个通孔(103);
所述铁棍(5)的前端设置在所述模型支架(1)的前端,长度长于所述模型支架(1)的宽度。
3.根据权利要求2所述的厚煤层分层开采的教学模拟装置,其特征在于:在所述上煤层模拟系统(2)和所述下煤层模拟系统(3)的左右两侧填充有骨料。
4.根据权利要求3所述的厚煤层分层开采的教学模拟装置,其特征在于:所述模型支架(1)的长宽高分别为5000mm、2600mm和4800mm;所述铁棍(5)为长方体,高度和宽度为模拟煤厚的一半,在所述上煤层模拟系统(2)中,所述铁棍(5)的长度为3000mm,在所述下煤层模拟系统(3)中,所述铁棍(5)的长度为2800mm;所述第一塑料片(6)和所述第二塑料片(7)的宽度与所述铁棍(5)的宽度相同,长度为2300mm。
5.根据权利要求4所述的厚煤层分层开采的教学模拟装置,其特征在于:所述煤柱模拟系统(8)的材质为铁,长为4000mm、宽为300mm、壁厚3mm、高度为模拟煤厚。
6.根据权利要求5所述的厚煤层分层开采的教学模拟装置,其特征在于:所述模型支架(1)由高强度钢制成,在其底部设置有多个支腿(104)。
7.根据权利要求6所述的厚煤层分层开采的教学模拟装置,其特征在于:所述模型支架(1)的前侧板和后侧板由多个侧护板(105)上下堆叠固定而成,所述侧护板(105)包括竖直设置的固定板和固定在所述固定板上端和下端的水平设置的支撑板,在所述固定板的左右两侧采用螺丝固定;
在所述前侧板上,所述上煤层模拟系统(2)所处的位置,设置有供所述再造假顶系统(4)通过的长条形通孔(106),在所述后侧板上,所述上煤层模拟系统(2)和下煤层模拟系统(3)所处位置的上下两个所述侧护板(105)之间设置有供所述上煤层模拟系统(2)和所述下煤层模拟系统(3)穿出的间隙;
待模型晾干以后,拆下所述前侧板和所述后侧板。
8.权利要求7所述的厚煤层分层开采的教学模拟装置使用方法,其特征在于:包括如下步骤:
从左至右依次拔出所述上煤层模拟系统(2)中的所述铁棍(5),模拟上层煤层开采,对应的所述第一塑料片(6)或所述第二塑料片(7)依次带入,每个所述铁棍(5)在前端距离所述模型支架(1)的后侧300mm处停止,在模拟下层煤层开采之前,所述第一塑料片(6)和所述第二塑料片(7)均已经带入到了所述模型支架(1)中并衔接在一起,形成了一层再造顶板,上层煤层开采完毕,开始下层煤层的开采,从左至右依次拔出所述下煤层模拟系统(3)中的所述铁棍(5),模拟下层煤层开采,每个所述铁棍(5)在前端距离所述模型支架(1)的后侧300mm处停止。
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