CN109727522B - 一种大尺寸智能化放煤实验平台及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大尺寸智能化放煤实验平台及试验方法，包括实验箱体、模拟液压支架系统、移架装置、进料装置、出料装置、煤矸识别系统和操作台，移架装置与模拟液压支架系统连接并能够带动模拟液压支架系统移动，进料装置设置于实验箱体一侧并能够将煤矸均匀地铺设于模拟液压支架系统上部，出料装置设置于放煤口下侧，煤矸识别系统设置于模拟液压支架系统一侧并位于出料装置上侧，煤矸识别系统能够对放出的煤矸进行自动识别，并将信号传递给操作台，以控制放煤口和出料装置的启闭，模拟液压支架系统和移架装置煤均通过操作台进行控制。本发明实现了室内智能化放煤操作，进一步完善了现有的煤矸运移规律。

Description

一种大尺寸智能化放煤实验平台及试验方法

技术领域

本发明涉及矿山工程技术领域，特别是涉及一种大尺寸智能化放煤实验平台及试验方法。

背景技术

综放开采技术自引入我国以来，经过近40年的发展，取得了举世闻名的成就。目前，由于现场条件的限制，室内模拟实验是综放开采技术的主要研究方法之一，综合现在各学者们在室内实验的结果发现，目前室内实验平台尺寸普遍较小，所用煤矸模拟颗粒也主要为白色和青色巴里石，尽管在一定程度上可以研究顶煤放出规律，但存在顶煤无法二次破碎、模拟颗粒较小无法完全反映出现场大块度顶煤的运动规律、实验平台智能化水平低、人为操作误差大等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种大尺寸智能化放煤实验平台及试验方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现了室内智能化放煤操作，进一步完善了现有的煤矸运移规律。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种大尺寸智能化放煤实验平台，包括实验箱体、模拟液压支架系统、移架装置、进料装置、出料装置、煤矸识别系统和操作台，所述模拟液压支架系统设置于所述实验箱体的内部，所述移架装置与所述模拟液压支架系统连接并能够带动所述模拟液压支架系统移动，所述进料装置设置于所述实验箱体的一侧并能够将煤和矸石自下而上分别均匀地铺设于所述模拟液压支架系统的上部，所述进料装置能够自由移动，所述出料装置设置于所述模拟液压支架系统的放煤口的下侧，所述煤矸识别系统设置于所述模拟液压支架系统的一侧并位于所述出料装置的上侧，所述煤矸识别系统能够对放出的煤和矸石进行自动识别，并将自动识别的信号传递给所述的操作台，当放出的煤矸比例达到一定值时，所述操作台会自动控制所述模拟液压支架系统关闭放煤口，并控制所述出料装置自动关闭，所述模拟液压支架系统和所述移架装置均通过所述操作台进行控制。

优选地，所述模拟液压支架系统包括依次连接的护帮板、顶梁、掩护梁、尾梁和尾梁插板，所述护帮板通过护帮板液压缸进行开启或关闭，所述顶梁通过顶梁支柱调整高度，所述顶梁支柱的下端设置在前底板上，所述前底板的下侧设有前底板支柱，所述掩护梁倾斜设置并通过四连杆机构进行支撑，所述尾梁通过尾梁液压缸进行摆动旋转，所述尾梁上设有空槽，所述尾梁插板通过插板液压缸能够进入或伸出所述空槽，所述尾梁能够与后底板连接，所述后底板包括滑板和固定板，所述滑板能够在所述固定板上滑动，所述滑板通过链条与所述前底板无缝衔接，所述固定板的下侧设有高度可调的后底板支柱，能够对所述后底板进行垂直方向的调整。

优选地，所述移架装置包括步进电机、牵引装置和滑轨，所述牵引装置的一端与所述步进电机连接，所述牵引装置的另一端与所述前底板连接，所述前底板能够通过所述前底板支柱在所述滑轨上滑动并带动所述滑板同步移动。

优选地，所述进料装置包括三角型支架、循环皮带和滚轮，所述循环皮带设置于所述三角型支架的斜面上，所述循环皮带上均布有若干挡板，所述滚轮设置于所述三角型支架的下部。

优选地，所述出料装置包括支撑架、出料皮带和滚筒，所述出料皮带绕设于所述滚筒上，所述滚筒通过所述支撑架进行支撑，所述出料皮带的速度能够根据煤的放出量进行调整，能够训练不同速度下煤矸识别系统控制精度。

优选地，所述实验箱体由透明亚克力板制作而成，所述实验箱体为长方体状，所述进料装置的上端与所述实验箱体的顶部平齐，所述实验箱体内铺设模型尺寸的几何相似比不小于1:3。

优选地，所述操作台上设有若干个按钮。

本发明还提供了一种大尺寸智能化放煤实验平台的试验方法，包括以下步骤，

S1：实验前对实验平台各零部件进行调整，并进行安全检查排除隐患，接通电源；

S2：启动操作台，根据现场工作面条件，通过操作台上的按钮调整顶梁支柱的高度，打开护帮板，水平调整后底板的位置，并调整后底板的高度，使得后底板与尾梁插板无缝衔接，调整实验台至实验要求状态；

S3：开启进料装置，将现场取得的煤和矸石按高度要求分别进行铺设，完成实验初始模型；

S4：开启出料装置，按下操作台上放煤口打开按钮，控制模拟液压支架系统收起尾梁插板，顺时针旋转尾梁，打开放煤口，进行放煤操作，根据放煤量大小调整出料皮带的速度；

S5：煤矸识别系统对放出的煤和矸石自动识别，当煤矸比例达到一定值时，将处理信号反馈给操作台，操作台控制模拟液压支架系统逆时针旋转尾梁，并伸出尾梁插板，关闭放煤口，停止放煤，关闭出料装置；

S6：记录放煤时间、顶煤放出量、煤矸分界面形态的实验数据，至此一次放煤过程结束；

S7：预先设定好移架装置的步距，按下操作台上模拟液压支架系统移架按钮，进行模拟液压支架系统的移架操作，重复步骤S4-S6，完成后续放煤过程；

S8：通过出料装置取出实验箱体内剩余的煤和矸石并进行分离，以待下次实验使用；

S9：清理实验箱体，并通过操作台上的按钮恢复实验平台初始状态，完成整个实验。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、大尺寸智能化放煤实验平台通过操作台上的按钮操作打开和关闭护帮板、升高和降低顶梁支柱和后底板支柱的高度、放出和收回尾梁插板、旋转尾梁以及控制移架装置对模拟液压支架系统进行移架，并通过煤矸识别系统识别煤矸比例，自动关闭放煤口，实现了室内放煤实验智能化操作，减小了人为操作误差，且模拟液压支架系统通过液压控制，操作方便。

2、选取现场真实煤矸原料进行放煤，真实性好，通过实验可进一步完善现有的煤矸运移规律，可完善现有顶煤放出规律，进一步研究顶煤运移过程中二次破碎特征。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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他的附图。

图1为本发明大尺寸智能化放煤实验平台的结构示意图；

图2为本发明模拟液压支架系统的结构示意图；

图3为本发明进料装置的结构示意图；

图4为本发明出料装置的结构示意图；

图5为本发明操作台的结构示意图；

其中：1-实验箱体，2-模拟液压支架系统，3-移架装置，4-进料装置，5-出料装置，6-煤矸识别系统，7-操作台，8-泵站，9-放煤口，201-顶梁支柱，202-前底板，203-前底板支柱，204-四连杆机构，205-滑板，206-链条，207-固定板，208-后底板支柱，209-护帮板，210-顶梁，211-掩护梁，212-尾梁，213-尾梁插板，214-护帮板液压缸，215-尾梁液压缸，216-插板液压缸，301-牵引装置，302-滑轨，401-三角型支架，402-循环皮带，403-滚轮，501-支撑架，502-出料皮带，503-滚筒，504-电机，505-旋钮，701-按钮。

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付出创造性劳动的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。

在本发明的描述中需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”和“右”指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位和位置关系，仅仅是为了方便描述的结构和操作方式，而不是指示或者暗示所指的部分必须具有特定的方位、以特定的方位操作，因而不能理解为对本发明的限制。

本发明的目的是提供一种大尺寸智能化放煤实验平台及试验方法，以解决现有技术存在的问题，实现了室内智能化放煤操作，进一步完善了现有的煤矸运移规律。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图5所示：本实施例提供了一种大尺寸智能化放煤实验平台，包括实验箱体1、模拟液压支架系统2、移架装置3、进料装置4、出料装置5、煤矸识别系统6和操作台7。模拟液压支架系统2设置于实验箱体1的内部，移架装置3与模拟液压支架系统2连接并能够带动模拟液压支架系统2移动。进料装置4设置于实验箱体1的一侧并能够将煤和矸石自下而上分别均匀地铺设于模拟液压支架系统2的上部，具体地，煤个矸石自下而上分别均匀地铺满模拟液压支架系统2的顶梁210和后底板，进料装置4能够自由移动。出料装置5设置于模拟液压支架系统2的放煤口9的下侧，具体地，放煤口为模拟液压支架系统2的前底板和后底板之间的开口。煤矸识别系统6设置于模拟液压支架系统2的一侧并位于出料装置5的上侧，煤矸识别系统6能够对放出的煤和矸石进行自动识别，并将自动识别的信号传递给操作台7，当放出的煤和矸石的比例达到一定值时，操作台7会自动控制模拟液压支架系统2关闭放煤口，并控制出料装置5自动关闭。具体地，模拟液压支架系统2和移架装置3均由泵站8提供动力，泵站8通过操作台7进行控制。

模拟液压支架系统2包括依次连接的护帮板209、顶梁210、掩护梁211、尾梁212和尾梁插板213，护帮板209通过护帮板液压缸214进行开启或关闭，顶梁210通过顶梁支柱201调整高度，顶梁支柱201的下端设置在前底板202上，前底板202的下侧设有前底板支柱203，掩护梁211倾斜设置并通过四连杆机构204进行支撑，尾梁212通过尾梁液压缸215进行摆动旋转，尾梁212上设有空槽，尾梁插板213通过插板液压缸216能够进入或伸出空槽，尾梁212能够与后底板无缝衔接，后底板包括滑板205和固定板207，滑板205能够在固定板207上滑动，滑板205通过高强度链条206与前底板202连接，实现了自动移架。顶梁210通过顶梁支柱201调整高度，固定板207的下侧设有高度可调的后底板支柱208，根据顶梁支柱201的高度、后底板支柱208的高度以及移架位置变化，可对和顶梁210和后底板进行水平和垂直方向调整，使得尾梁插板213能够与滑板205无缝衔接。模拟液压支架系统2可通过操作台7上的按钮701进行操作，结合煤矸识别系统6，实现了室内智能化放煤实验过程，方便快捷，减小了人员操作误差。

移架装置3包括步进电机、牵引装置301和滑轨302，牵引装置301的一端与步进电机连接，牵引装置301的另一端与前底板202连接，前底板202能够通过前底板支柱203在滑轨302上滑动并带动滑板205同步移动，便于移架。牵引装置301优选为钢丝绳或齿轮杆。当牵引装置301为钢丝绳时，步进电机通过滚轮与钢丝绳连接，从而带动前底板202移动；当牵引装置301为齿轮杆时，步进电机通过啮合传动带动齿轮杆运动，从而带动前底板202移动。移架装置3由大功率步进电机带动，可通过步进电机实现模拟液压支架系统2移动不同的放煤步距。具体地，放煤步距可根据实际需要具体设置。

进料装置4包括三角型支架401、循环皮带402和滚轮403，循环皮带402设置于三角型支架401的斜面上，循环皮带402上均布有若干挡板，滚轮403设置于三角型支架401的下部。滚轮403的设置使得进料装置4可根据需求摆放到实验箱体1一侧的任意指定位置，以进行煤和矸石的铺设。出料装置5包括支撑架501、出料皮带502和滚筒503，出料皮带502绕设于滚筒503上，滚筒503通过支撑架501进行支撑。具体地，出料皮带502的宽度根据放煤口的宽度进行进行设置。出料装置5的设置真实模型了现场顶煤放出后被刮板运输机运出的过程，且出料皮带502的速度可根据煤的放出量进行调整，且可训练不同速度下煤矸识别装置6的控制精度。进料装置4和出料装置5均优选为通过电机504提供动力，并通过旋钮505分别调整循环皮带402和出料皮带502的速度快慢。

实验箱体1由透明亚克力板制作而成，实验箱体1为长方体状，进料装置4的上端与实验箱体1的顶部平齐，实验箱体1内铺设模型尺寸的几何相似比不小于1:3。实验用的煤和矸石均取自现场工作面，更加真实的反应了顶煤放出过程，完善了顶煤放出规律，有利于训练煤矸识别系统6的控制精度。

操作台7上设有若干个具有相应功能的按钮701，操作方便，工作量小，减小了以往人为操作误差。“G1”代表电源按钮，“G2”代表急停按钮，其他按钮701的具体功能参见大尺寸智能化放煤实验平台的试验方法。

本实施例还提供了一种大尺寸智能化放煤实验平台的试验方法，包括以下步骤，

S1：实验前对实验平台各零部件进行调整，并进行安全检查排除隐患，接通电源；

S2：启动操作台，根据现场工作面条件，通过操作台7上“A1”和“A2”按钮调整顶梁支柱201的高度，按下操作台7上“B1”按钮打开护帮板209，水平调整后底板的位置，并按下操作台7上“C1”和“C2”按钮调整后底板的高度，使得后底板与尾梁插板213无缝衔接，调整实验台至实验要求状态；

S3：开启进料装置4，将现场取得的煤和矸石按高度要求分别进行铺设，完成实验初始模型；

S4：开启出料装置5，按下操作台7上放煤口打开按钮“D1”，控制模拟液压支架系统收起尾梁插板213，按下“E1”按钮顺时针旋转尾梁212，打开放煤口9，进行放煤操作，根据放煤量大小调整出料皮带502的速度；

S5：煤矸识别系统6对放出的煤和矸石自动识别并进行信号处理，当煤矸比例达到一定值时，优选地当在放煤口9处检测到第一颗矸石出现时，将处理信号反馈给操作台，自主按下“D2”和“E2”按钮，操作台控制模拟液压支架系统逆时针旋转尾梁212，并伸出尾梁插板213，关闭放煤口，停止放煤，关闭出料装置5；

S6：记录放煤时间、顶煤放出量、煤矸分界面形态等实验数据，至此一次放煤过程结束；

S7：预先设定好移架装置3的步距，按下操作台7上模拟液压支架系统移架按钮“F1”，进行模拟液压支架系统2的移架操作，重复步骤S4-S6，完成后续放煤过程；

S8：通过出料装置5取出实验箱体1内剩余的煤和矸石并进行分离，以待下次实验使用；

S9：清理实验箱体1，并通过操作台7上的按钮恢复实验平台初始状态，完成整个实验。

本实施例中的大尺寸智能化放煤实验平台通过操作台7上的按钮701操作打开和关闭护帮板209、升高和降低顶梁支柱201和后底板支柱208的高度、放出和收回尾梁插板213、旋转尾梁212以及控制移架装置3对模拟液压支架系统2进行移架，并通过煤矸识别系统6识别煤矸比例，自动关闭放煤口，实现了室内放煤实验智能化操作，减小了人为操作误差；选取现场真实煤矸原料进行放煤，通过实验可进一步完善现有的煤矸运移规律，可完善现有顶煤放出规律，进一步研究顶煤运移过程中二次破碎特征。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种大尺寸智能化放煤实验平台，其特征在于：包括实验箱体、模拟液压支架系统、移架装置、进料装置、出料装置、煤矸识别系统和操作台，所述模拟液压支架系统设置于所述实验箱体的内部，所述移架装置与所述模拟液压支架系统连接并能够带动所述模拟液压支架系统移动，所述进料装置能够自由移动，所述出料装置设置于所述模拟液压支架系统的放煤口的下侧，所述煤矸识别系统设置于所述模拟液压支架系统的一侧并位于所述出料装置的上侧，所述煤矸识别系统能够对放出的煤和矸石进行自动识别，并将自动识别的信号传递给所述的操作台，当放出的煤矸比例达到一定值时，所述操作台会自动控制所述模拟液压支架系统关闭放煤口，并控制所述出料装置自动关闭，所述模拟液压支架系统和所述移架装置均通过所述操作台进行控制，所述实验箱体由透明亚克力板制作而成，所述模拟液压支架系统包括依次连接的护帮板、顶梁、掩护梁、尾梁和尾梁插板，所述护帮板通过护帮板液压缸进行开启或关闭，所述顶梁通过顶梁支柱调整高度，所述顶梁支柱的下端设置在前底板上，所述前底板的下侧设有前底板支柱，所述掩护梁倾斜设置并通过四连杆机构进行支撑，所述尾梁通过尾梁液压缸进行摆动旋转，所述尾梁上设有空槽，所述尾梁插板通过插板液压缸能够进入或伸出所述空槽，所述尾梁能够与后底板无缝衔接，所述后底板包括滑板和固定板，所述滑板能够在所述固定板上滑动，所述滑板通过链条与所述前底板连接，所述固定板的下侧设有高度可调的后底板支柱，能够对所述后底板进行垂直方向的调整，所述进料装置设置于所述实验箱体的一侧并能够将煤和矸石自下而上分别均匀地铺设于所述模拟液压支架系统和所述后底板的上部。

2.根据权利要求1所述的大尺寸智能化放煤实验平台，其特征在于：所述移架装置包括步进电机、牵引装置和滑轨，所述牵引装置的一端与所述步进电机连接，所述牵引装置的另一端与所述前底板连接，所述前底板能够通过所述前底板支柱在所述滑轨上滑动并带动所述滑板同步移动。

3.根据权利要求1所述的大尺寸智能化放煤实验平台，其特征在于：所述进料装置包括三角型支架、循环皮带和滚轮，所述循环皮带设置于所述三角型支架的斜面上，所述循环皮带上均布有若干挡板，所述滚轮设置于所述三角型支架的下部。

4.根据权利要求1所述的大尺寸智能化放煤实验平台，其特征在于：所述出料装置包括支撑架、出料皮带和滚筒，所述出料皮带绕设于所述滚筒上，所述滚筒通过所述支撑架进行支撑，所述出料皮带的速度能够根据煤的放出量进行调整，能够训练不同速度下煤矸识别系统控制精度。

5.根据权利要求1所述的大尺寸智能化放煤实验平台，其特征在于：所述实验箱体为长方体状，所述进料装置的上端与所述实验箱体的顶部平齐，所述实验箱体内铺设模型尺寸的几何相似比不小于1:3。

6.根据权利要求1所述的大尺寸智能化放煤实验平台，其特征在于：所述操作台上设有若干个按钮。

7.一种如权利要求1-6中任意一项所述的大尺寸智能化放煤实验平台的试验方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1：实验前对实验平台各零部件进行调整，并进行安全检查排除隐患，接通电源；

S2：启动操作台，根据现场工作面条件，通过操作台上的按钮调整顶梁支柱的高度，打开护帮板，水平调整后底板的位置，并调整后底板的高度，使得后底板与尾梁插板无缝衔接，调整实验台至实验要求状态；

S3：开启进料装置，将现场取得的煤和矸石按高度要求分别进行铺设，完成实验初始模型；

S4：开启出料装置，按下操作台上放煤口打开按钮，控制模拟液压支架系统收起尾梁插板，顺时针旋转尾梁，打开放煤口，进行放煤操作，根据放煤量大小调整出料皮带的速度；

S5：煤矸识别系统对放出的煤和矸石自动识别，当煤矸比例达到一定值时，将处理信号反馈给操作台，操作台控制模拟液压支架系统逆时针旋转尾梁，并伸出尾梁插板，关闭放煤口，停止放煤，关闭出料装置；

S6：记录放煤时间、顶煤放出量、煤矸分界面形态的实验数据，至此一次放煤过程结束；

S7：预先设定好移架装置的步距，按下操作台上模拟液压支架系统移架按钮，进行模拟液压支架系统的移架操作，重复步骤S4-S6，完成后续放煤过程；

S8：通过出料装置取出实验箱体内剩余的煤和矸石并进行分离，以待下次实验使用；

S9：清理实验箱体，并通过操作台上的按钮恢复实验平台初始状态，完成整个实验。

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