CN111337643B - 一种应用于矿用二维相似实验台的煤层采出装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于矿用二维相似实验台的煤层采出装置，包括对称设置的支托架，在两个支托架之间安装多组放煤翻转装置；所述支托架，包括相连的水平板和竖直板，在竖直板两端设有与二维相似材料实验台相连的安装孔，在安装孔之间均匀开有多个放煤固定孔；所述放煤翻转装置，包括旋转轴和放煤钢板，所述放煤钢板焊接在旋转轴上，所述旋转轴两端分别穿过对应支托架上的放煤固定孔。本申请可以控制放煤口的大小，且放煤后可以立即迅速关闭，因而可以有效防止顶部岩石模型碎屑的侧向漏出，保证了实验效果。
Description
技术领域
本发明属于采矿工程及岩土工程领域中的相似材料模拟实验，尤其涉及一种矿用相似材料二维模拟实验系统。具体说是一种在模拟开采过程中，既能将底部煤炭模拟层采出，又可以保证顶部模拟岩层不造成非正常破坏的采出装置。
背景技术
相似模拟实验是解决地下工程问题科学而有效的研究手段之一。由于经济技术的不断发展,岩土工程所提出的问题日益复杂和繁琐。用数学方法很难得到精确的解析解,只能作一些假设与简化再求解,因而带来一些误差。于是人们不得不通过实验的方法来探求那些靠数学方法无法研究的复杂现象的规律性。但是直接的实验方法有很大的局限性,其实验的结果只能推广到与实验条件完全相同的实际问题中去,这种实验方法常常只能得出个别量的表面规律性关系,难以抓住现象的内在本质。“相似模拟”正是为解决这些问题而产生的,它不直接研究自然现象或过程的本身,而是研究与这些自然现象或过程相似的模型,它是理论与实际密切相结合的科学研究方法,是解决一些比较复杂的生产工程问题一种有效方法。相似材料模拟实验可以综合考虑地下工程的结构以及岩体力学状态,通过不同材料的合理比例匹配,按照矿山实际地质赋存条件和研究对象测试需要,科学地搭建出等地质条件的相应缩小比例模型,然后根据研究步骤有序开挖或采煤,观测上覆煤岩层移动、变形和破坏等状况,结合现有的理论基础,进而推衍现场问题发生机理,从而为矿山安全高效开采以及岩土类工程顺利实施提供重要支撑判据。
原来在进行实验时，底部煤层按照开采的程序时间需要人工间隔掏出，底部煤层掏出后顶部模拟岩层慢慢垮落，在顶部模拟岩层垮落过程中，有由于缺少侧向束缚，随开采范围的扩大，垮落的岩层碎屑会掉落到模拟实验台以外,但实验要求掉落的碎屑应该做为垫层存在于实验台内，从而影响整个实验的效果和准确性。
发明内容
针对二维模拟实验在放煤过程中存在的上述缺陷，本申请提供了一种应用于矿用二维相似实验台的煤层采出装置，可以有效防止顶部岩石模型碎屑的侧向漏出，保证了实验效果。
为实现上述目的，本申请的技术方案为：一种应用于矿用二维相似实验台的煤层采出装置，包括对称设置的支托架，在两个支托架之间安装多组放煤翻转装置；所述支托架，包括相连的水平板和竖直板，在竖直板两端设有与二维相似材料实验台相连的安装孔，在安装孔之间均匀开有多个放煤固定孔；所述放煤翻转装置，包括旋转轴和放煤钢板，所述放煤钢板焊接在旋转轴上，所述旋转轴两端分别穿过对应支托架上的放煤固定孔。
进一步的，旋转轴的两个端部均设为方形结构，该方形结构位于支托架中竖直板的外侧。
进一步的，所述锁紧装置为具有一定厚度的钢板，闭锁时位于支托架的水平板底部与方形结构顶部之间。
进一步的，未处于放煤状态时，放煤钢板与支托架的水平板顶面平齐。
上述煤层采出装置的具体实现步骤如下：
S1：将二维相似材料实验台最底部前后两侧的固定孔连接有支托架，在两个支托架之间安装多组放煤翻转装置，然后闭锁锁紧装置；
S2：将用于固定实验相似材料的槽钢分别安装在二维相似材料实验台前后两侧，所述槽钢分别位于对应的支托架上面，在放煤翻转装置上垒实验相似材料；
S3：等待实验相似材料凝固后拆除前侧槽钢，在二维相似材料实验台一端开挖一定宽度的煤层，然后用透明有机玻璃封闭实验相似材料前侧；
S4：从煤层开挖一端的第一组放煤翻转装置开始，打开锁紧装置，用扳手卡在放煤翻转装置中的旋转轴上转动放煤钢板，控制放煤口大小，将煤循序放出后立即关闭放煤钢板；
S5：按照相似模拟实验开采间隔时间要求，参考步骤S4中第一组放煤翻转装置的放煤方法，依次放煤直至最后一组放完。
优选的，在相对设置的槽钢之间垒实验相似材料。
优选的，所述透明有机玻璃固定在二维相似材料实验台前侧，该透明有机玻璃位于前侧的支托架上。
本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：
(1)采煤效果好；由于放煤钢板可以控制放煤口的大小，且放煤后可以立即迅速关闭，因而可以有效防止顶部岩石模型碎屑的侧向漏出，保证了实验效果；
(2)安装操作简单；直接用螺栓固定住支托架，放煤钢板卡在两根支托架之间，不需要其它固定连接方式；放煤时用扳手操作，可以很容易实现缓慢控制打开放煤，迅速关闭放煤口。
(3)适用广；放煤钢板与支托架几乎可以安装在现有任何二维相似材料实验台上，不需要对现有实验台做任何再加工改造。
附图说明
本发明共有附图3幅：
图1为二维相似材料实验底部放煤整体结构示意图；
图2为放煤翻转装置与支托架连接结构示意图；
图3为放煤翻转装置侧视图。
图中序号说明：1、二维相似材料实验台，2、透明有机玻璃，3、实验相似材料(煤层)，4、安装孔，5、竖直板，6、放煤固定孔，7、放煤钢板，8、旋转轴，9、锁紧装置，10、方形结构,11、支托架。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：以此为例对本申请做进一步的描述说明。
实施例1
如图1-3所示，本实施例提供一种应用于矿用二维相似实验台的煤层采出装置，包括对称设置的支托架，在两个支托架之间安装多组放煤翻转装置；所述支托架，包括相连的水平板和竖直板，在竖直板两端设有与二维相似材料实验台相连的安装孔，在安装孔之间均匀开有多个放煤固定孔；所述放煤翻转装置，包括旋转轴和放煤钢板，所述放煤钢板焊接在旋转轴上，所述旋转轴两端分别穿过对应支托架上的放煤固定孔。
上述煤层采出装置在使用过程中的具体实现方法为：
S1:安装两根支托架11：所述支托架为不等边角钢，短边为水平板，长边为竖直板，所述水平板位于竖直板顶部，竖直板上的安装孔4分别与二维相似材料实验台最下方前后两侧的固定孔对齐，穿螺栓拧上螺母，此时不要上紧螺母；
S2:在两个支托架之间安装多组放煤翻转装置：将所有旋转轴8两端插入对应支托架上的放煤固定孔6中，上紧步骤S1的螺母，旋转放煤钢板至与支托架的水平板顶面平齐，闭锁锁紧装置9；
S3：安装用于固定实验相似材料的槽钢，在放煤钢板上且对称的槽钢之间垒实验模型，等实验相似材料凝固，满足实验条件后，拆除前侧槽钢；
S4：在二维相似材料实验台一端将实验相似材料3开挖30mm，然后用透明有机玻璃2封闭整个实验模型的前侧；玻璃用螺栓固定在实验台的支架上，玻璃下边沿落在支托架的水平板上；
S5：从实验相似材料(煤层)3开挖一端的第一组放煤翻转装置开始，取走锁紧装置9，用专用扳手卡在旋转轴上转动放煤钢板，控制放煤口大小，将煤循序放出空后立即关闭翻板，具体过程为：
根据实验要求，从第一组放煤翻转装置开始放煤：(1)取走锁紧装置9；(2)用专用扳手卡在旋转轴一侧的方形结构10上；(3)慢慢逆时针旋转放煤钢板直至将此块放煤钢板7上方的煤全部放出；(4)立即将放煤钢板复位，闭锁锁紧装置9。
S6：依次按照以上方法顺序放煤，直至达到实验要求位置。
S7：放煤后上部岩层模型会垮落，垮落后的岩石碎屑会封闭在透明有机玻璃与后侧槽钢内不会漏出，透过玻璃对实验模型观察与测量，完成实验目的要求。
优选的，放煤钢板的厚度30mm、宽度150mm，放煤钢板宽度直接反应的是煤层的厚度，本发明选取的150mm是考虑最为普遍的煤层开采厚度和最为常用的煤层相似比确定，放煤钢板宽度还可以根据实际开采煤层的厚度与实验要求的相似比重新设计制作。
优选的，旋转轴为两端部截面做成正方形的直径φ30mm圆钢。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种应用于矿用二维相似实验台的煤层采出方法，其特征在于，包括：
S1:安装两根支托架：所述支托架为不等边角钢，短边为水平板，长边为竖直板，所述水平板位于竖直板顶部，竖直板上的安装孔分别与二维相似材料实验台最下方前后两侧的固定孔对齐，穿螺栓拧上螺母，此时不要上紧螺母；
S2:在两个支托架之间安装多组放煤翻转装置：将所有旋转轴两端插入对应支托架上的放煤固定孔中，上紧步骤S1的螺母，旋转放煤钢板至与支托架的水平板顶面平齐，闭锁锁紧装置；
S3：安装用于固定实验相似材料的槽钢，在放煤钢板上且对称的槽钢之间垒实验模型，等实验相似材料凝固，满足实验条件后，拆除前侧槽钢；
S4：在二维相似材料实验台一端将实验相似材料开挖30mm，然后用透明有机玻璃封闭整个实验模型的前侧；玻璃用螺栓固定在实验台的支架上，玻璃下边沿落在支托架的水平板上；
S5：从实验相似材料开挖一端的第一组放煤翻转装置开始，取走锁紧装置，用专用扳手卡在旋转轴上转动放煤钢板，控制放煤口大小，将煤循序放出空后立即关闭翻板，具体过程为：
从第一组放煤翻转装置开始放煤：（1）取走锁紧装置；（2）用专用扳手卡在旋转轴一侧的方形结构上；（3）慢慢逆时针旋转放煤钢板直至将此块放煤钢板上方的煤全部放出；（4）立即将放煤钢板复位，闭锁锁紧装置 ；
S6：依次按照以上方法顺序放煤，直至达到实验要求位置；
S7：放煤后上部岩层模型会垮落，垮落后的岩石碎屑会封闭在透明有机玻璃与后侧槽钢内不会漏出，透过玻璃对实验模型观察与测量，完成实验目的要求；
上述方法是在煤层采出装置中实施的，所述煤层采出装置包括对称设置的支托架，在两个支托架之间安装多组放煤翻转装置；所述支托架，包括相连的水平板和竖直板，在竖直板两端设有与二维相似材料实验台相连的安装孔，在安装孔之间均匀开有多个放煤固定孔；所述放煤翻转装置，包括旋转轴和放煤钢板，所述放煤钢板焊接在旋转轴上，所述旋转轴两端分别穿过对应支托架上的放煤固定孔。
2.根据权利要求1所述一种应用于矿用二维相似实验台的煤层采出方法，其特征在于，旋转轴的两个端部均设为方形结构，该方形结构位于支托架中竖直板的外侧。
3.根据权利要求1所述一种应用于矿用二维相似实验台的煤层采出方法，其特征在于，所述锁紧装置为具有一定厚度的钢板，闭锁时位于支托架的水平板底部与方形结构顶部之间。
4.根据权利要求1所述一种应用于矿用二维相似实验台的煤层采出方法，其特征在于，未处于放煤状态时，放煤钢板与支托架的水平板顶面平齐。
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