CN109540558A - 一种顶煤放出率与矿压显现关系实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶煤放出率与矿压显现关系实验装置，包括骨架机构、采煤机构、支护行走放顶煤机构和数据采集分析机构，骨架机构包括连接模板、连接块、挤压螺钉、钢梁、加压螺杆、加压千斤顶、四角支柱、模板托架和连接孔，采煤机构包括底板卡槽、底板卡片、条形底板和旋转轴，所述支护行走放顶煤机构包括液压支架、行走丝杆、动力传递块、移架放煤丝杆、控制槽、支撑杆、移架滑块、承力板、放煤滑块、曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构、控制弹簧、前探伸缩梁、放煤口、溜煤槽、滑块、滑槽和钢丝，所述液压支架包括底座和顶梁。本发明可高效精准预测工作面开采事故并采取有效措施避免事故发生的目的。

Description

一种顶煤放出率与矿压显现关系实验装置

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，具体为一种顶煤放出率与矿压显现关系实验装置。

背景技术

近十余年来，顶板事故已占煤矿各类事故的首位。因此预防与控制煤矿顶板事故对于煤矿安全生产具有重大意义。在薄基岩浅埋深厚煤层开采过程中发生过严重的顶板事故，尤其是在西部矿区浅埋深、薄基岩、厚松散含水层的条件下，发生过大面积的顶板台阶下沉压垮工作面支架、工作面漏顶压垮支架、松散层内渗水引起漏顶溃沙、顶板突然垮落飓风冲击和切眼冒顶等事故。因此通过相应的实验装置研究矿区浅埋深、薄基岩、厚松散含水层条件下综采放顶煤高效开采的顶板事故预测与控制具有重大理论意义与实用价值。

基于上述情况，迫切需要一种顶煤放出率与矿压显现关系实验装置，达到精确模拟工作面地质情况，高效精准预测工作面开采事故并采取有效措施避免事故发生的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种顶煤放出率与矿压显现关系实验装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种顶煤放出率与矿压显现关系实验装置，包括骨架机构、采煤机构、支护行走放顶煤机构和数据采集分析机构，所述骨架机构包括连接模板、连接块、挤压螺钉、钢梁、加压螺杆、加压千斤顶、四角支柱、模板托架和连接孔，所述挤压螺钉通过螺孔固定于连接块上并通过其挤压作用将连接模板固定于连接块内，所述连接模板根据实验要求的高度叠放于模板托架上，所述模板托架刚连接于四角支柱中下部，所述四角支柱间通过加压螺杆固定成形，所述钢梁置于顶部加压螺杆下方，并且其底部连接加压千斤顶，所述采煤机构包括底板卡槽、底板卡片、条形底板和旋转轴，所述底板卡槽成排间隔性地置于底部连接模板中下部，所述旋转轴端部固定于底板卡槽一侧边缘固定于条形底板一边上，所述底板卡片托起条形底板并嵌于底板卡槽内，通过底板卡片的插拔实现所述条形底板绕旋转轴的旋转，所述支护行走放顶煤机构，包括液压支架、行走丝杆、动力传递块、移架放煤丝杆、控制槽、支撑杆、移架滑块、承力板、放煤滑块、曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构、控制弹簧、前探伸缩梁、放煤口、溜煤槽、滑块、滑槽和钢丝，所述行走丝杆两端通过轴承固定于四角支柱上，内部具有螺纹的动力传递块两侧分别连接行走丝杆和移架放煤丝杆，所述移架滑块及放煤滑块内部具有螺纹的一端通过控制槽连接于移架放煤丝杆上，所述放煤滑块另一端滑嵌于所述曲柄滑块机构的滑块上，所述移架滑块另一端工作时顶撞于承力板上，所述控制槽及曲柄滑块机构曲柄摇杆机构的部分结构置于支撑杆上，所述曲柄滑块机构的滑块通过滑槽置于液压支架上，所述放煤口为曲柄摇杆机构一连杆，所述溜煤槽滑接于四角支柱下部的钢丝上，所述前探伸缩梁嵌于液压支架前梁内部并通过内置的控制弹簧控制其伸缩，所述数据采集分析机构，包括应力片、数据线、应力分析仪、超声波探头、裂隙高度分析仪，所述应力分析仪通过数据线与置于煤层直接顶中的应力片相连，所述裂隙高度分析仪通过数据线与置于模拟地质体上下部的超声波探头相连；

其中，所述液压支架包括底座和顶梁，所述顶梁中部镶嵌有内顶梁，所述内顶梁与底座之间设置有与两者铰接的内伸缩立柱，内顶梁外侧的顶梁与底座之间设置有与两者铰接的外伸缩立柱，内顶梁上端设置有冲击振动台，冲击振动台上端设置有内破煤板，冲击振动台左右两侧的顶梁上端面均设置有外破煤板。

进一步的，所述连接模板通过连接块上的挤压螺钉相互伸缩连接，并通过四角支柱叠放于模板托架上。

进一步的，所述四角支柱通过置于连接孔内的加压螺杆固定成型。

进一步的，所述条形底板材料为高强度钢材，由嵌于底板卡槽内由高强度材料制成的底板卡片托起，工作时可绕旋转轴旋转。

进一步的，所述曲柄滑块机构一端通过滑嵌槽与放煤滑块滑嵌连接，另一端通过支撑杆与控制放煤口开关的曲柄摇杆机构相连。

进一步的，所述移架放煤丝杆两端通过动力传递块与行走丝杆相连，在中间部位通过控制槽外端与移架滑块相连，通过控制槽内端与放煤滑块相连。

进一步的，所述前探伸缩梁嵌于液压支架前梁内部并通过内置的控制弹簧控制其伸缩。

进一步的，所述数据采集分析机构中裂隙高度分析仪与应力分析仪均通过数据线分别与应力片及超声波探头相连。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

(1)、本发明通过添加或撤减可伸缩模板实现不同高度要求的煤岩层试验，可实现不同水平应力的添加，试验装置由多个部位拼接而成，用完就可拆除，节约空间，便于运输；

(2)、通过放出的煤块研究顶煤放出率与矿山压力显现间的关系，形象直观，可实现支架的自动行走和不同方法下顺利放出顶煤，必要时可在拆除部分构件后将试验后的煤岩层于挤压式模板连接装置处一分为二，观察剖面处实验情况；

(3)、通过液压支架设置的顶梁和内顶梁交替破煤，破坏放煤拱结构，提高了破碎顶煤的效率，而且可以使顶煤破碎为松散的煤块，更能有效地从放煤口放出，通过溢流阀来控制内、外伸缩立柱升降的频率，来控制内顶梁与破煤板的运动频率，具有结构简单、操作方便且成本低的优点；

(4)、通过骨架机构、采煤机构、支护行走放顶煤机构及数据采集分析机构的高效配合，可测量出相同地质条件下不同采放比、放煤方式、放煤工艺对顶煤放出率的影响及浅埋深薄基岩厚松散层地质条件下顶煤放出率对工作面矿山压力显现的影响，达到精确模拟工作面地质情况，高效精准预测工作面开采事故并采取有效措施避免事故发生的目的。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明中顶煤放出率与矿压显现关系实验装置的周围骨架结构示意图；

图2为本发明中顶煤放出率与矿压显现关系实验装置的上部骨架结构示意图；

图3为本发明中顶煤放出率与矿压显现关系实验台的四角支柱结构示意图；

图4为本发明中顶煤放出率与矿压显现关系实验台的放底煤零部件结构示意图；

图5为本发明中液压支架的结构示意图。

图中：1、挤压螺钉，2、连接模板，3、连接块，4、钢梁，5、加压螺杆，6、加压千斤顶，7、四角支柱，8、模板托架，9、条形底板，10、旋转轴，11、底板卡片，12、底座，13、顶梁，14、内顶梁，15、内伸缩立柱，16、外伸缩立柱，17、冲击振动台，18、内破煤板，19、外破煤板。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图5所示，本发明提供一种技术方案：一种顶煤放出率与矿压显现关系实验台，包括骨架机构、采煤机构、支护行走放顶煤机构及数据采集分析机构，通过各机构的高效配合，可测量出相同地质条件下不同采放比、放煤方式、放煤工艺对顶煤放出率的影响及浅埋深薄基岩厚松散层地质条件下顶煤放出率对工作面矿山压力显现的影响。

具体地，骨架机构中，所述挤压螺钉1固定于连接块3上的内置螺纹中并通过其挤压作用将连接模板2固定于连接块3内，所述连接模板2根据实验要求的高度叠放于模板托架51上，所述模板托架8刚连接于四角支柱7中下部，所述四角支柱7通过加压螺杆5固定成形，所述钢梁4置于顶部加压螺杆5下方，并且其底部连接加压千斤顶6。

具体地，采煤机构中，所述底板卡槽成排间隔性地置于底部连接模板2中下部，所述旋转轴10端部置于底板卡槽一侧边缘固定于条形底板9一边上，所述底板卡片11托起条形底板9并嵌于底板卡槽内，通过底板卡片11的插拔实现所述条形底板9绕旋转轴10的旋转。

具体地，支护行走放顶煤机构中，所述行走丝杆两端通过轴承固定于四角支柱7上，内部具有螺纹的动力传递块两侧分别连接行走丝杆和移架放煤丝杆，所述移架滑块及放煤滑块内部具有螺纹的一端通过控制槽连接于移架放煤丝杆上，所述放煤滑块另一端滑嵌于所述曲柄滑块机构的滑块上，所述移架滑块另一端工作时顶撞于承力板上，所述控制槽及曲柄滑块机构曲柄摇杆机构的部分结构置于支撑杆上，所述曲柄滑块机构的滑块通过滑槽置于液压支架上，所述放煤口为曲柄摇杆机构一连杆，所述溜煤槽滑接于四角支柱下部的钢丝上，所述前探伸缩梁嵌于液压支架前梁内部并通过内置的控制弹簧控制其伸缩。

进一步的，所述液压支架包括底座12和顶梁13，所述顶梁13中部镶嵌有内顶梁14，所述内顶梁14与底座12之间设置有与两者铰接的内伸缩立柱15，内顶梁14外侧的顶梁13与底座12之间设置有与两者铰接的外伸缩立柱16，内顶梁14上端设置有冲击振动台17，冲击振动台17上端设置有内破煤板18，冲击振动台17左右两侧的顶梁13上端面均设置有外破煤板19。具体实施过程中，顶梁13宽为1500mm，长为6000mm，厚为200mm，顶梁13中间缺口的宽为500mm，长为2000mm,深为100mm，用于镶嵌内顶梁14。

具体地，数据采集分析机构中，所述应力分析仪通过数据线与置于煤层直接顶中的应力片相连，所述裂隙高度分析仪通过数据线与置于模拟地质体上下部的超声波探头相连。

本实施例中，首先根据实验要求按照先骨架机构然后采煤机构然后支护行走放顶煤机构然后铺设模拟地质体最后数据采集分析机构的顺序依次组装实验台，并检查各机构的可靠性；然后从底板卡槽中拔出底板卡片11使条形底板9绕旋转轴10转动放出条形煤块；然后旋转移架放煤丝杆对要放煤的液压支架进行选择并利用行走丝杆通过动力传递块带动移架放煤丝杆继而推动曲柄滑块机构促使曲柄摇杆机构打开放煤口进行放煤或关闭放煤口阻止放煤；然后插进底板卡片11拖回条形底板9，利用移架放煤丝杆选择液压支架；然后利用行走丝杆通过动力传递块带动移架放煤丝杆推动移架滑块顶撞液压支柱上的承压板来推动液压支架的前进，依据上述步骤工作直至煤层采完，在上述过程中利用应力片及超声波探头收集相关数据并通过数据线上传至应力分析仪及裂隙高度分析仪进行分析并得出相关规律及结论。

其实验步骤大致如下：

a、根据实验要求实验台的规模按照骨架机构、采煤机构、支护行走放顶煤机构、铺设模拟地质体、数据采集分析机构的顺序依次组装实验台，并将实验台置于水平地面上；

b、利用夹持工具依次拔出底板卡片11，放出与条形底板宽度相同的长条形模拟煤块，并保持煤块的完整性，与此同时液压支架前探伸缩梁在控制弹簧作用下自动弹出，用以支护裸露的顶板；

c、旋转移架放煤丝杆使的放煤滑块滑嵌于第一个液压支架内的曲柄滑块机构中的滑块中，旋转行走丝杆利用动力传递块带动移架放煤丝杆向后行走一个步距，进而推动曲柄滑块机构促使曲柄摇杆机构将放煤口打开，进行第一架放顶煤工作；

d、当达到规定顶煤放出率后，旋转行走丝杆推动移架放煤丝杆向前行走一个步距，带动曲柄滑块机构推动曲柄摇杆机构将放煤口关闭，至此第一架放煤工作完成；

e、重复c、d步骤直至完成最后一架放煤工作，并将拔出的底板卡片11置于底板卡槽中重新托起放下的条形底板9，利用数据采集分析机构观测记录相关数据；

f、旋转行走丝杆利用移架放煤丝杆带动移架滑块推动液压支架前进一个步距，于此同时液压支架的前探伸缩梁在挤压作用下自动回收；

g、旋转行走丝杆利用移架放煤丝杆带动移架滑块后退一个步距，并旋转移架放煤丝杆选择第二个液压支架并重复步骤f移动第二个液压支架；

h、依次重复步骤f、h直至完成最后一架的移动；

i、依次重复步骤a到步骤h，并分析处理相关数据得出相关规律。

终上所述，本发明通过添加或撤减可伸缩模板实现不同高度要求的煤岩层试验，可实现不同水平应力的添加，试验装置由多个部位拼接而成，用完就可拆除，节约空间，便于运输；通过放出的煤块研究顶煤放出率与矿山压力显现间的关系，形象直观，可实现支架的自动行走和不同方法下顺利放出顶煤，必要时可在拆除部分构件后将试验后的煤岩层于挤压式模板连接装置处一分为二，观察剖面处实验情况；通过液压支架设置的顶梁和内顶梁交替破煤，破坏放煤拱结构，提高了破碎顶煤的效率，而且可以使顶煤破碎为松散的煤块，更能有效地从放煤口放出，通过溢流阀来控制内、外伸缩立柱升降的频率，来控制内顶梁与破煤板的运动频率，具有结构简单、操作方便且成本低的优点；通过骨架机构、采煤机构、支护行走放顶煤机构及数据采集分析机构的高效配合，可测量出相同地质条件下不同采放比、放煤方式、放煤工艺对顶煤放出率的影响及浅埋深薄基岩厚松散层地质条件下顶煤放出率对工作面矿山压力显现的影响，达到精确模拟工作面地质情况，高效精准预测工作面开采事故并采取有效措施避免事故发生的目的。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种顶煤放出率与矿压显现关系实验装置，其特征在于：包括骨架机构、采煤机构、支护行走放顶煤机构和数据采集分析机构，所述骨架机构包括连接模板、连接块、挤压螺钉、钢梁、加压螺杆、加压千斤顶、四角支柱、模板托架和连接孔，所述挤压螺钉通过螺孔固定于连接块上并通过其挤压作用将连接模板固定于连接块内，所述连接模板根据实验要求的高度叠放于模板托架上，所述模板托架刚连接于四角支柱中下部，所述四角支柱间通过加压螺杆固定成形，所述钢梁置于顶部加压螺杆下方，并且其底部连接加压千斤顶，所述采煤机构包括底板卡槽、底板卡片、条形底板和旋转轴，所述底板卡槽成排间隔性地置于底部连接模板中下部，所述旋转轴端部固定于底板卡槽一侧边缘固定于条形底板一边上，所述底板卡片托起条形底板并嵌于底板卡槽内，通过底板卡片的插拔实现所述条形底板绕旋转轴的旋转，所述支护行走放顶煤机构，包括液压支架、行走丝杆、动力传递块、移架放煤丝杆、控制槽、支撑杆、移架滑块、承力板、放煤滑块、曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构、控制弹簧、前探伸缩梁、放煤口、溜煤槽、滑块、滑槽和钢丝，所述行走丝杆两端通过轴承固定于四角支柱上，内部具有螺纹的动力传递块两侧分别连接行走丝杆和移架放煤丝杆，所述移架滑块及放煤滑块内部具有螺纹的一端通过控制槽连接于移架放煤丝杆上，所述放煤滑块另一端滑嵌于所述曲柄滑块机构的滑块上，所述移架滑块另一端工作时顶撞于承力板上，所述控制槽及曲柄滑块机构曲柄摇杆机构的部分结构置于支撑杆上，所述曲柄滑块机构的滑块通过滑槽置于液压支架上，所述放煤口为曲柄摇杆机构一连杆，所述溜煤槽滑接于四角支柱下部的钢丝上，所述前探伸缩梁嵌于液压支架前梁内部并通过内置的控制弹簧控制其伸缩，所述数据采集分析机构包括应力片、数据线、应力分析仪、超声波探头、裂隙高度分析仪，所述应力分析仪通过数据线与置于煤层直接顶中的应力片相连，所述裂隙高度分析仪通过数据线与置于模拟地质体上下部的超声波探头相连；

其中，所述液压支架包括底座和顶梁，所述顶梁中部镶嵌有内顶梁，所述内顶梁与底座之间设置有与两者铰接的内伸缩立柱，内顶梁外侧的顶梁与底座之间设置有与两者铰接的外伸缩立柱，内顶梁上端设置有冲击振动台，冲击振动台上端设置有内破煤板，冲击振动台左右两侧的顶梁上端面均设置有外破煤板。

2.根据权利要求1所述的一种顶煤放出率与矿压显现关系实验装置，其特征在于：所述连接模板通过连接块上的挤压螺钉相互伸缩连接，并通过四角支柱叠放于模板托架上。

3.根据权利要求1所述的一种顶煤放出率与矿压显现关系实验装置，其特征在于：所述四角支柱通过置于连接孔内的加压螺杆固定成型。

4.根据权利要求1所述的一种顶煤放出率与矿压显现关系实验装置，其特征在于：所述条形底板材料为高强度钢材，由嵌于底板卡槽内由高强度材料制成的底板卡片托起，工作时可绕旋转轴旋转。

5.根据权利要求1所述的一种顶煤放出率与矿压显现关系实验装置，其特征在于：所述曲柄滑块机构一端通过滑嵌槽与放煤滑块滑嵌连接，另一端通过支撑杆与控制放煤口开关的曲柄摇杆机构相连。

6.根据权利要求1所述的一种顶煤放出率与矿压显现关系实验装置，其特征在于：所述移架放煤丝杆两端通过动力传递块与行走丝杆相连，在中间部位通过控制槽外端与移架滑块相连，通过控制槽内端与放煤滑块相连。

7.根据权利要求1所述的一种顶煤放出率与矿压显现关系实验装置，其特征在于：所述前探伸缩梁嵌于液压支架前梁内部并通过内置的控制弹簧控制其伸缩。

8.根据权利要求1所述的一种顶煤放出率与矿压显现关系实验装置，其特征在于：所述数据采集分析机构中裂隙高度分析仪与应力分析仪均通过数据线分别与应力片及超声波探头相连。