CN109488292B - 试验用智能开采设备及智能开采设备试验割煤系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开试验用智能开采设备及智能开采设备试验割煤系统，试验用智能开采设备，包括：截割装置、行走装置、调整装置、排料装置、支护装置、定位装置、动力系统、以及视频监测装置，所述截割装置、所述调整装置、所述排料装置、所述定位装置、所述动力系统、以及所述视频监测装置设置在所述行走装置上，所述支护装置设置在所述截割装置、所述调整装置、所述排料装置、所述定位装置、所述动力系统、以及所述视频监测装置上方，所述截割装置与所述调整装置连接。本发明试验用智能开采设备及智能开采设备试验割煤系统，具有自转向与自助导航等功能，能够较好的解决现有传统煤层开采模拟方法存在的问题。

Description

试验用智能开采设备及智能开采设备试验割煤系统

技术领域

本发明涉及相似材料模拟试验相关技术领域，特别是一种试验用智能开采设备及智能开采设备试验割煤系统。

背景技术

相似材料模拟试验是以现场工程地质条件为基础，采用相似理论、因次分析等方法在实验室模拟再现工程现场的一种技术手段，广泛应用于采矿工程、岩土工程等工程技术领域。目前，传统的二维相似模拟试验一般采用锯条进行煤层开采，且由于受到边界条件的影响，只能模拟出模型在横向一维方向的情况，与工程现场存在一定差距。

三维大型物理相似模拟试验可以模拟工作面在走向长度与倾斜长度出现的变化，实现不同工作面长度、不同开采高度、不同推进长度煤层开挖的模拟，但由于模型四周均为密闭空间，传统二维相似模拟试验的煤层开采方法将不再适用。

针对大型三维物理相似模拟试验的煤层开挖问题，有些学者采用伪三维模拟方式，即将横向尺寸增大，但模型的两端仍然不封闭，从而采用传统二维相似模拟试验的煤层开采方法；一些学者采用水溶性材料模拟煤层，利用水溶性材料遇水溶解的原理，模拟煤层开挖，但是由于三维物理相似模拟试验的煤层开采空间为封闭区域，很难观测到具体的开采进度，且水溶性材料存在开采进度难以控制、水溶液对相似模拟材料的物理力学参数存在破坏等问题，此种方法对模拟结果存在一定影响；有些学者采用升降台阶的方法模拟煤层开采过程，即在模型铺设过程中提前布置可升降的台阶，模型铺设完成后，逐个将台阶降下，从而模拟煤层开挖，此方法虽然解决了水溶材料存在的开采进度难以控制、水溶液影响模型参数等问题，但升降台阶开采方法不能模拟底板，不能真实再现煤层开采对煤层底板岩层的影响，且由于空间的限制，该方法不能适用于倾斜煤层、多煤层协调开采等条件，局限性较大；若采用真实采煤机的缩小版进行煤层开挖，则存在开采工艺复杂、设备配套难度大等问题，不适用于三维物理相似模拟试验。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术的设备不适合三维物理相似模拟试验的技术问题，提供一种试验用智能开采设备及智能开采设备试验割煤系统。

本发明提供一种试验用智能开采设备，包括：截割装置、行走装置、调整装置、排料装置、支护装置、定位装置、动力系统、以及视频监测装置，所述截割装置、所述调整装置、所述排料装置、所述定位装置、所述动力系统、以及所述视频监测装置设置在所述行走装置上，所述支护装置设置在所述截割装置、所述调整装置、所述排料装置、所述定位装置、所述动力系统、以及所述视频监测装置上方，所述截割装置与所述调整装置连接；

所述截割装置用于对三维物理相似模拟试验的试验煤层进行截割；

所述行走装置用于带动所述截割装置、所述调整装置、所述排料装置、所述定位装置、所述动力系统、以及所述视频监测装置行走；

所述调整装置用于调整所述截割装置以及所述支护装置的位置；

所述排料装置用于与外部排料风筒连通，将所述截割装置割落的破碎材料排出三维物理相似模拟试验的工作面；

所述支护装置用于遮蔽所述截割装置；

所述定位装置用于对智能开采设备的三维空间坐标进行准确定位；

所述动力系统用于对所述截割装置、所述调整装置、所述排料装置、所述定位装置、所述行走装置、以及所述视频监测装置提供动力；

所述视频监测装置与外部监控设备通信连接，用于对三维物理相似模拟试验的工作面进行实时监测。

进一步的，所述截割装置包括截割滚筒、以及横向液压推移杆，其中：

所述横向液压推移杆包括推移杆固定部和推移杆伸缩部，所述推移杆伸缩部与所述截割滚筒连接，所述推移杆固定部与所述调整装置连接，所述调整装置用于调节所述推移杆固定部的位置。

更进一步的，所述截割滚筒包括两个相同尺寸的螺旋滚筒、以及驱动轴；

所述驱动轴包括与所述推移杆伸缩部连接的驱动轴固定段、以及从所述驱动轴固定段两端部向远离所述推移杆伸缩部方向延伸的驱动轴延伸段，两所述驱动轴延伸段的轴线与所述驱动轴固定段的轴线的夹角为钝角；

每个所述螺旋滚筒分别绕一所述驱动轴延伸段旋转，两个所述螺旋滚筒分别绕相反方向旋转。

更进一步的，所述调整装置包括：底座梁、水平限位框架、调高千斤顶、以及底座固定箱体，所述底座梁、所述水平限位框架、所述底座固定箱体分别固定在所述行走装置上，所述推移杆固定部与所述底座梁枢接，所述推移杆固定部沿轴线方向开设有推移杆连接槽，所述推移杆连接槽内设置有能在所述推移杆连接槽内滑动的导向轴，所述水平限位框架上设有与所述推移杆连接槽交叉的限位框架连接槽，所述导向轴插入所述限位框架连接槽并能在所述限位框架连接槽内滑动，所述调高千斤顶一端固定在所述底座固定箱体上，另一端与所述推移杆固定部连接。

再进一步的，所述底座固定箱体内设置有旋转盘、以及抬高千斤顶，所述行走装置下方设置有抬高底盘，所述旋转盘与所述底座固定箱体连接，所述抬高千斤顶一端与所述旋转盘连接，另一端穿过所述行走装置与所述抬高底盘连接。

进一步的，所述行走装置包括承载底板以及设置在所述承载底板上的行走轮，所述截割装置、所述调整装置、所述排料装置、所述定位装置、所述动力系统、以及所述视频监测装置设置在所述承载底板上。

更进一步的，所述截割装置、所述调整装置设置在所述承载底板前部，所述定位装置、所述动力系统设置在所述承载底板后部。

进一步的，所述支护装置包括采高调节千斤顶、以及设置在所述截割装置上方的护顶板，所述采高调节千斤顶一端与所述行走装置连接，一端与所述护顶板连接。

进一步的，所述排料装置包括铲料板、以及沿所述行走装置两侧布置的排料风筒，所述铲料板设置在所述排料风筒入口下方，所述排料风筒的入口设置有轮式破碎装置，所述排料风筒的出口设置有电磁连接口。

本发明提供一种智能开采设备试验割煤系统，包括试验待开采煤层、试验巷道、以及如前所述的智能开采设备，所述试验巷道内设置有与所述智能开采设备的所述排料装置连接的巷道风筒，所述智能开采设备的截割装置对所述试验待开采煤层进行截割。

本发明试验用智能开采设备及智能开采设备试验割煤系统，具有自转向与自助导航等功能，能够较好的解决现有传统煤层开采模拟方法存在的问题。

附图说明

图1为本发明一种试验用智能开采设备的结构示意图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为图1的B-B剖面图；

图4为排料风筒结构；

图5为开采设备抬高示意图；

图6为本发明一种智能开采设备试验割煤系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

如图1～3所示为本发明一种试验用智能开采设备的结构示意图，包括：截割装置、行走装置2、调整装置、排料装置、支护装置、定位装置7、动力系统8、以及视频监测装置9，所述截割装置、所述调整装置、所述排料装置、所述定位装置7、所述动力系统8、以及所述视频监测装置9设置在所述行走装置2上，所述支护装置设置在所述截割装置、所述调整装置、所述排料装置、所述定位装置、所述动力系统、以及所述视频监测装置上方，所述截割装置与所述调整装置连接；

所述截割装置用于对三维物理相似模拟试验的试验煤层进行截割；

所述行走装置用于带动所述截割装置、所述调整装置、所述排料装置、所述定位装置、所述动力系统、以及所述视频监测装置行走；

所述调整装置用于调整所述截割装置以及所述支护装置的位置；

所述排料装置用于与外部排料风筒连通，将所述截割装置割落的破碎材料排出三维物理相似模拟试验的工作面；

所述支护装置用于遮蔽所述截割装置；

所述定位装置用于对智能开采设备的三维空间坐标进行准确定位；

所述动力系统用于对所述截割装置、所述调整装置、所述排料装置、所述定位装置、所述行走装置、以及所述视频监测装置提供动力；

所述视频监测装置与外部监控设备通信连接，用于对三维物理相似模拟试验的工作面进行实时监测。

具体来说，在做三维物理相似模拟试验时，将排料装置与外部风筒相连，通过视频监测装置9调整智能开采设备的姿态，智能开采设备准备进行煤层开采。

然后调整装置调整所述截割装置以及所述支护装置的位置，使得智能开采设备固定于模拟煤层的顶板、底板之间，支护装置顶住模拟煤层的顶板，启动截割装置进行煤层截割，排料装置将截割的物料通过外置的工业风机排除模拟工作面。

在工作过程中，可以通过调整装置控制截割装置进行上下摆动，适应局部煤层厚度变化；也可以通过调整装置使智能开采设备水平旋转，进行局部水平煤层的截割。

当截割装置截割完毕后，通过调整装置降下支护装置，脱离煤层顶板，智能开采设备的行走装置接触底板，动力系统驱动智能开采设备向前行。

重复上述步骤，进行煤层开采。

本发明试验用智能开采设备及智能开采设备试验割煤系统，具有自转向与自助导航等功能，能够较好的解决现有传统煤层开采模拟方法存在的问题。

在其中一个实施例中，所述截割装置包括截割滚筒1、以及横向液压推移杆11，其中：

所述横向液压推移杆11包括推移杆固定部111和推移杆伸缩部112，所述推移杆伸缩部112与所述截割滚筒1连接，所述推移杆固定部111与所述调整装置连接，所述调整装置用于调节所述推移杆固定部111的位置。

本实施例通过横向液压推移杆11的伸缩可以实现截割滚筒1的水平移动，实现横向截割煤层。

在其中一个实施例中，所述截割滚筒1包括两个相同尺寸的螺旋滚筒、以及驱动轴10；

所述驱动轴10包括与所述推移杆伸缩部112连接的驱动轴固定段101、以及从所述驱动轴固定段101两端部向远离所述推移杆伸缩部112方向延伸的驱动轴延伸段102，两所述驱动轴延伸段102的轴线与所述驱动轴固定段101的轴线的夹角为钝角；

每个所述螺旋滚筒分别绕一所述驱动轴延伸段102旋转，两个所述螺旋滚筒分别绕相反方向旋转。

本实施例采用螺旋滚筒进行煤层开采，两个滚筒分别绕相反方向旋转，从而平衡滚筒截割煤层时的不平衡力。

在其中一个实施例中，所述调整装置包括：底座梁12、水平限位框架13、调高千斤顶15、以及底座固定箱体16，所述底座梁12、所述水平限位框架13、所述底座固定箱体16分别固定在所述行走装置上，所述推移杆固定部111与所述底座梁12枢接，所述推移杆固定部111沿轴线方向开设有推移杆连接槽141，所述推移杆连接槽141内设置有能在所述推移杆连接槽141内滑动的导向轴142，所述水平限位框架13上设有与所述推移杆连接槽141交叉的限位框架连接槽143，所述导向轴142插入所述限位框架连接槽143并能在所述限位框架连接槽143内滑动，所述调高千斤顶15一端固定在所述底座固定箱体16上，另一端与所述推移杆固定部111连接。

本实施例中，推移杆连接槽141、导向轴142、以及限位框架连接槽143共同组成连接组14，使得水平限位框架13与推移杆固定部111通过十字交叉滑动的连接方式，满足横向液压推移杆11绕底座梁12旋转。推移杆固定部111通过调高千斤顶15与底座固定箱体16相连，当调高千斤顶15伸长或收缩时，横向液压推移杆11可以绕底座梁12旋转。

在其中一个实施例中，所述底座固定箱体16内设置有旋转盘18、以及抬高千斤顶19，所述行走装置下方设置有抬高底盘5，所述旋转盘18与所述底座固定箱体16连接，所述抬高千斤顶19一端与所述旋转盘18连接，另一端穿过所述行走装置与所述抬高底盘5连接。

本实施例中，抬高千斤顶19的两端分别连接旋转盘18、抬高底盘5，旋转盘18与底座固定箱体16相连，当抬高千斤顶19伸出时，通过抬高底盘5将整个开采设备抬离地面，如图5所示，并可通过旋转盘18实现整个开采设备360°旋转。

在其中一个实施例中，所述行走装置包括承载底板17以及设置在所述承载底板17上的行走轮23，所述截割装置、所述调整装置、所述排料装置、所述定位装置、所述动力系统、以及所述视频监测装置设置在所述承载底板17上。

在其中一个实施例中，所述截割装置、所述调整装置设置在所述承载底板17前部，所述定位装置7、所述动力系统8设置在所述承载底板7后部。

本实施例在智能开采设备的后部设计高精度惯导定位装置7、动力系统8，由于两个装置的重量相对较大，可以平衡前部截割滚筒的重量，提高智能开采设备的稳定性。通过在开采初期给智能开采设备设计初始三维坐标，利用高精度惯导定位装置7可以对智能开采设备的三维空间坐标进行准确定位，从而为智能开采设备的调节提供基础坐标数据。动力系统8为各液压装置及耗电装置提供动力。

在其中一个实施例中，所述支护装置包括采高调节千斤顶20、以及设置在所述截割装置上方的护顶板3，所述采高调节千斤顶20一端与所述行走装置连接，一端与所述护顶板3连接。

本实施例中，护顶板3与行走装置通过采高调节千斤顶20相连，通过采高调节千斤顶20进行伸缩，实现护顶板3的升降。在护顶板的前部、后部可以分别安设视频监测装置9，实现对模拟工作面前部、后部工况的实时监测。

在其中一个实施例中，所述排料装置包括铲料板6、以及沿所述行走装置两侧布置的排料风筒4，所述铲料板6设置在所述排料风筒4入口下方，所述排料风筒4的入口设置有轮式破碎装置21，所述排料风筒4的出口设置有电磁连接口22。

本实施例在智能开采设备的下部设计排料风筒4，其外部结构见图4所示，排料风筒4沿智能开采设备的两侧布置，并在入料口处设计轮式破碎装置21，防止铲料板6收集的大块物料堵塞排料风筒；在排料风筒4的后部设计电磁连接口22，通过输入不同方向的电流，进行电磁两级的转换，实现排料风筒4与外部排料管路的自动连接与脱离。铲料板6的宽度应覆盖前部行走轮23，从而可以保证行走轮顺利前行。

如图6所述为本发明一种智能开采设备试验割煤系统的示意图，包括试验待开采煤层61、试验巷道62、以及如前所述的智能开采设备63，所述试验巷道62内设置有与所述智能开采设备63的所述排料装置连接的巷道风筒24，所述智能开采设备的截割装置对所述试验待开采煤层61进行截割。

作为本发明最佳实施例，智能开采设备的开采工艺如下：

(1)智能开采设备排料风筒后部的电磁连接口22与外部风筒24的磁性接口25自动相连，通过视频监测装置9调整智能开采设备的姿态，智能开采设备通过横向液压推移杆11收回截割滚筒，准备进行煤层开采。

(2)智能开采设备伸出抬高底盘5、调节千斤顶20，将智能开采设备通过调节千斤顶20、抬高千斤顶19固定于模拟煤层的顶板、底板之间，启动截割滚筒1、排料风筒4及轮式破碎装置21，缓慢伸出横向液压推移杆11进行煤层截割，排料风筒4将截割的物料通过外置的工业风机排除模拟工作面。

(3)可以通过调高千斤顶15控制横向液压推移杆11进行上下摆动，适应局部煤层厚度变化；也可以通过旋转盘18使智能开采设备水平旋转，进行局部水平煤层的截割。

(4)当横向液压推移杆11伸出至最大长度时，收缩调节千斤顶20、抬高千斤顶19，使智能开采设备的护顶板3脱离煤层顶板，智能开采设备的行走装置2接触底板，动力系统驱动智能开采设备向前行；

(5)重复上述步骤2、步骤3，进行煤层开采；

(6)当智能开采设备截割至另一个巷道时，通过对排料风筒后部的电磁连接口22转换电流，改变电磁连接口22的磁极，智能开采设备排料风筒后部的电磁连接口22与外部风筒24的磁性接口25自动脱离。

(7)智能开采设备伸出抬高底盘5，收缩调节千斤顶20，收缩横向液压推移杆11收回截割滚筒，此时智能开采设备处于最小尺寸状态，且护顶板3与煤层顶板脱离，通过旋转盘18可以完成智能开采设备转向，准备进行下一次截割。

(8)由于在两个巷道分别布置了外部风筒24，重复步骤1，进行智能开采设备与外部风筒连接，然后重复步骤(2)～(5)进行煤层开采。

通过上述步骤即可完成模拟煤层的开采。由于智能开采设备设置有视频监测装置9、高精度惯导定位装置7，可以对智能开采设备的开采工况、工作面情况进行实时监测，并根据实际工况进行智能调整，满足大型三维智能实验煤层开采的要求。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种试验用智能开采设备，其特征在于，包括：截割装置、行走装置、调整装置、排料装置、支护装置、定位装置、动力系统、以及视频监测装置，所述截割装置、所述调整装置、所述排料装置、所述定位装置、所述动力系统、以及所述视频监测装置设置在所述行走装置上，所述支护装置设置在所述截割装置、所述调整装置、所述排料装置、所述定位装置、所述动力系统、以及所述视频监测装置上方，所述截割装置与所述调整装置连接；

所述截割装置用于对三维物理相似模拟试验的试验煤层进行截割；

所述行走装置用于带动所述截割装置、所述调整装置、所述排料装置、所述定位装置、所述动力系统、以及所述视频监测装置行走；

所述调整装置用于调整所述截割装置以及所述支护装置的位置；

所述排料装置用于与外部排料风筒连通，将所述截割装置割落的破碎材料排出三维物理相似模拟试验的工作面；

所述支护装置用于遮蔽所述截割装置；

所述定位装置用于对智能开采设备的三维空间坐标进行准确定位；

所述动力系统用于对所述截割装置、所述调整装置、所述排料装置、所述定位装置、所述行走装置、以及所述视频监测装置提供动力；

所述视频监测装置与外部监控设备通信连接，用于对三维物理相似模拟试验的工作面进行实时监测。

2.根据权利要求1所述的智能开采设备，其特征在于，所述截割装置包括截割滚筒、以及横向液压推移杆，其中：

所述横向液压推移杆包括推移杆固定部和推移杆伸缩部，所述推移杆伸缩部与所述截割滚筒连接，所述推移杆固定部与所述调整装置连接，所述调整装置用于调节所述推移杆固定部的位置。

3.根据权利要求2所述的智能开采设备，其特征在于，所述截割滚筒包括两个相同尺寸的螺旋滚筒、以及驱动轴；

所述驱动轴包括与所述推移杆伸缩部连接的驱动轴固定段、以及从所述驱动轴固定段两端部向远离所述推移杆伸缩部方向延伸的驱动轴延伸段，两所述驱动轴延伸段的轴线与所述驱动轴固定段的轴线的夹角为钝角；

每个所述螺旋滚筒分别绕一所述驱动轴延伸段旋转，两个所述螺旋滚筒分别绕相反方向旋转。

4.根据权利要求2所述的智能开采设备，其特征在于，所述调整装置包括：底座梁、水平限位框架、调高千斤顶、以及底座固定箱体，所述底座梁、所述水平限位框架、所述底座固定箱体分别固定在所述行走装置上，所述推移杆固定部与所述底座梁枢接，所述推移杆固定部沿轴线方向开设有推移杆连接槽，所述推移杆连接槽内设置有能在所述推移杆连接槽内滑动的导向轴，所述水平限位框架上设有与所述推移杆连接槽交叉的限位框架连接槽，所述导向轴插入所述限位框架连接槽并能在所述限位框架连接槽内滑动，所述调高千斤顶一端固定在所述底座固定箱体上，另一端与所述推移杆固定部连接。

5.根据权利要求4所述的智能开采设备，其特征在于，所述底座固定箱体内设置有旋转盘、以及抬高千斤顶，所述行走装置下方设置有抬高底盘，所述旋转盘与所述底座固定箱体连接，所述抬高千斤顶一端与所述旋转盘连接，另一端穿过所述行走装置与所述抬高底盘连接。

6.根据权利要求1所述的智能开采设备，其特征在于，所述行走装置包括承载底板以及设置在所述承载底板上的行走轮，所述截割装置、所述调整装置、所述排料装置、所述定位装置、所述动力系统、以及所述视频监测装置设置在所述承载底板上。

7.根据权利要求6所述的智能开采设备，其特征在于，所述截割装置、所述调整装置设置在所述承载底板前部，所述定位装置、所述动力系统设置在所述承载底板后部。

8.根据权利要求1所述的智能开采设备，其特征在于，所述支护装置包括采高调节千斤顶、以及设置在所述截割装置上方的护顶板，所述采高调节千斤顶一端与所述行走装置连接，一端与所述护顶板连接。

9.根据权利要求1所述的智能开采设备，其特征在于，所述排料装置包括铲料板、以及沿所述行走装置两侧布置的排料风筒，所述铲料板设置在所述排料风筒入口下方，所述排料风筒的入口设置有轮式破碎装置，所述排料风筒的出口设置有电磁连接口。

10.一种智能开采设备试验割煤系统，其特征在于，包括试验待开采煤层、试验巷道、以及如权利要求1～9任一项所述的试验用智能开采设备，所述试验巷道内设置有与所述智能开采设备的所述排料装置连接的巷道风筒，所述智能开采设备的截割装置对所述试验待开采煤层进行截割。

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