CN112360557B - 巷道掘进与支护综合试验台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤炭巷道掘进与支护技术领域，提供了巷道掘进与支护综合试验台，该巷道掘进与支护综合试验台包括试验台本体，试验台本体下部设置有巷道模型通道。本发明提供的巷道掘进与支护综合试验台能够为煤炭行业巷道掘进和支护提供新技术的综合试验平台，为井下的现场实际试验提供前期的原理性验证和工艺技术可行性验证。相对于井下现场试验，本发明提供的巷道掘进与支护综合试验台可以减少人力和物力成本，避免对井下生产的影响，是促进行业新技术发展的有效平台。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭巷道掘进与支护技术领域，特别是涉及一种巷道掘进与支护综合试验台。
背景技术
目前，我国煤炭巷道掘进面临成巷速度慢，机械化、自动化水平低等问题。工作面回采与巷道成巷速度的矛盾导致了采掘接续紧张，阻碍了煤矿科学产能的进一步提升。
煤炭巷道掘进中的各种新装备、新工艺及材料问题需要开展试验验证，如掘进、支护、通风、排水等方向的技术研发。但是在新技术成熟前，进行井下的现场试验条件不成熟，人力物力耗损大且成本高且会对现场生产产生影响，较难实施。因此，需要一种能够用于巷道掘进与支护的综合试验台，从而实现在地面通过模拟井下巷道的各种工况条件，用于巷道掘进与支护技术中的新工艺、新装备、新材料的研发和试验。
发明内容
本发明实施例提供一种巷道掘进与支护综合试验台，用于解决井下的现场试验条件不成熟，人力物力耗损大且成本高，较难实施的问题，在地面进行模拟井下的巷道条件以开展相关技术的试验工作。
本发明实施例提供一种巷道掘进与支护综合试验台，包括试验台本体，所述试验台本体下部设置有巷道模型通道，所述巷道模型通道下侧开口，所述巷道模型通道一端连通至所述试验台本体外部，另一端位于所述试验台本体内。
进一步地，所述试验台本体包括顶板和侧板，所述顶板构成所述试验台本体位于所述巷道模型通道以上的部分，所述侧板构成试验台本体位于所述顶板以下的部分，所述顶板与所述侧板为拼接结构。
进一步地，所述顶板包括第一顶板和第二顶板，所述第一顶板为完整顶板，所述第二顶板为层状顶板或裂隙顶板，所述完整顶板为内部材料连续、均匀的一体板，所述层状顶板为由至少两块板层叠设置形成的板体，所述裂隙顶板为内部存在裂隙的板体，所述第一顶板的端部和第二顶板的端部拼接。
进一步地，所述侧板由煤体或煤体相似材料拼接形成。
进一步地，所述侧板通过设置柔模进行灌注成型。
进一步地，所述试验台本体内设置有承载结构，所述承载结构为钢结构骨架或钢筋混凝土结构框架。
进一步地，位于所述巷道模型通道表面的所述试验台本体侧壁为不平整侧壁。
进一步地，所述试验台本体内设置有传感器，所述传感器为压力传感器、位移传感器或应变传感器中的一种或两种以上的任意组合，所述传感器用于检测试验过程中材料受力、变形参数。
进一步地，所述试验台本体上设置有遮光装置，所述遮光装置用于遮挡进入所述巷道模型通道的光线。
进一步地，所述试验台本体的尺寸为：12m≤L1≤20m，8m≤L2≤12m，5m≤L3≤7.5m；所述巷道模型通道的尺寸为：12m≤L4≤16.5m，4m≤L5≤6m，3m≤L6≤6m。
进一步地，所述试验台本体外侧表面设置有防水层，所述防水层用于防止雨水对所述试验台本体的侵蚀。
进一步地，所述巷道掘进与支护综合试验台被配置为能够进行多功能的技术研发和试验操作，所述多功能的技术研发和试验操作包括进行掘进、支护、通风、排水和工艺空间验证。
本发明实施例提供的巷道掘进与支护综合试验台，可以为巷道掘进施工中的各种新装备、新工艺及新材料提供地面试验平台，用于进行如掘进、支护、通风、排水等方向的技术研发，避免了井下现场试验的高昂成本及现场试验对井下生产的影响。可以为井下现场测试前提供充分的原理验证及工艺技术可行性评估。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明巷道掘进与支护综合试验台一个实施例的结构示意图；
图2为本发明巷道掘进与支护综合试验台一个实施例中的承载结构示意图；
图3为本发明巷道掘进与支护综合试验台一个实施例中的使用状态图；
图中，1、侧板；2、第一顶板；3、第二顶板；4、巷道模型通道；5、承载结构；6、掘进机；7、锚杆台车。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
参见图1，示出了本发明一个实施例的结构示意图，图中虚线表示内部不可见线条。该实施例提供的巷道掘进与支护综合试验台包括试验台本体，试验台本体用于模拟煤矿巷道的岩壁。试验台本体下部设置有巷道模型通道4，巷道模型通道4为试验台本体下侧开设的凹槽，能够用于模拟巷道。
巷道模型通道4下侧开口，巷道模型通道4一端连通至试验台本体外部，另一端位于试验台本体内，在水平方向上，巷道模型通道4未完全贯穿试验台本体。
本实施例提供的巷道掘进与支护综合试验平台为井下的现场实际试验提供前期的原理性验证和工艺技术可行性验证。相对于井下现场试验，本发明提供的试验装置可以减少人力和物力成本，避免对井下生产的影响，是促进行业新技术发展的有效平台。
在一个实施例中，试验台本体的尺寸为：12m≤L1≤20m，8m≤L2≤12m，5m≤L3≤7.5m，其中，L1、L2、L3分别表示试验台本体的长、宽、高。巷道模型通道4的尺寸为：12m≤L4≤16.5m，4m≤L5≤6m，3m≤L6≤6m，其中，L4、L5、L6分别表示巷道模型通道的长、宽、高。在以上尺寸中，L4＜L1，L5＜L2，L6＜L3。
在一个具体实施方案中，试验台本体的尺寸为：L1＝18m，L2＝10.7m，L3＝6.3m，巷道模型通道4的尺寸为：L4＝16m，L5＝5.5m，L6＝3.5m。能够满足煤炭巷道掘支作业中如掘进、支护、通风、排水等的新技术研发和试验的需求，适用于掘进机6作业和锚杆台车7支护等设备的作业试验。
需要说明的是，试验台本体及巷道模型通道4的尺寸也可根据试验对象进行变化，例如，当用于试验大型掘进机6装备的测试，巷道模型通道4的尺寸也可根据实际需求增加。
在一个实施例中，试验台本体包括顶板和侧板1，顶板构成试验台本体位于巷道模型通道4以上的部分，侧板1构成试验台本体位于顶板以下的部分，顶板与侧板1为拼接结构，通过将顶板和试验台本体设置为分体式结构，能够依据试验项目不同进行更换，满足不同试验的需求，实用性更强。
侧板1可采用由煤体、煤体相似材料等材料模块拼接构成的形式，也可采用通过设置柔模进行灌注成型的形式。对于试验过程造成局部破坏需要更换侧板1局部区域的，可优先采用由煤体、煤体相似材料等材料模块拼接构成的形式；对于试验过程需要整体更换侧板1的，可优先采用通过设置柔模进行灌注成型的形式。根据不同需求选用不同的侧板1构成形式，可提高试验效率，降低试验材料的更换成本。
在一个实施例中，顶板包括第一顶板2和第二顶板3，第一顶板2为完整顶板，第二顶板3为层状顶板或裂隙顶板，第一顶板2的端部和第二顶板3的端部拼接。完整顶板为内部材料连续、均匀的一体板，模拟煤矿巷道中不存在内部裂隙和分层的顶板结构；层状顶板为由至少两块板层叠设置形成的板体，模拟煤矿巷道中分层的顶板结构；裂隙顶板为内部存在裂隙的板体，模拟巷道中内部存在裂隙的顶板结构。第一顶板2和第二顶板3可设置为沿巷道模型通道4的长度方向排布。
试验台本体顶板、侧板1的选材、成型方式可为巷道掘进和支护施工提供不同的顶板工况。
将试验台本体设置为由多个材料模块组成的分体式结构，各材料模块之间通过镶嵌、拼接或粘接等方式组合在一起，当试验台本体的材料被试验过程破坏时，可局部更换。在一种可选方案中，构成试验台本体的各材料模块上可预制吊环等吊装结构，进行组装或更换时更加方便。
构成试验台本体的不同部位以及构成不同部位的各材料模块均可采用不同材料浇筑而成，例如，进行坚硬煤层截割试验时，使用相对强度较高的水泥砂浆浇筑而成；当进行松散煤层的工艺试验时，使用相对强度较低的水泥砂浆浇筑。此外，还可以使用煤块、粉煤灰、水泥、水玻璃及其他材料按一定比例进行混合，用作煤岩的相似材料进行试验台浇筑。
试验台本体设置为由多个材料模块组成的分体式结构时，顶板、侧板1的材料可以进行替换，因而能够用于开展不同煤岩力学的试验。
在一个实施例中，试验台本体内设置有承载结构5(见图2)，该承载结构5为钢结构骨架或钢筋混凝土结构框架。为便于在试验台本体内形成巷道模型通道4，承载结构5应当在下侧设置通道。构成试验台本体的各材料模块可固定在承载结构5上，并由承载结构5支撑，增加稳固性，同时，在更换试验台本体中的材料模块时，承载结构5能够避免其他材料模块散落。
位于巷道模型通道4表面的试验台本体侧壁为不平整侧壁，能够模拟巷道表面凹凸不平的工况，进而真实模拟井下巷道围岩表面实际形貌，保证支护作业工况的真实再现。
在本发明实施例的一种可选方案中，试验台本体的顶部和侧壁上设置有防水层，该防水层可以为刷在试验台本体表面的防水材料或覆盖在试验台本体的防水膜等，以防治试验台本体长期暴露在室外受到雨水冲刷。
在一个实施例中，试验台本体上设置有遮光装置(图中未示出)，该遮光装置可以为遮光帘等现有的装置实现，设置在巷道模型通道4的入口位置，遮光装置用于遮挡进入巷道模型通道4的光线，从而保证巷道模型通道4内的网线真实模拟井下光照环境。
在一个实施例中，试验台本体内设置有传感器(图中未示出)，传感器为压力传感器、位移传感器或应变传感器中的一种或两种以上的任意组合。传感器的选型及布置方向可根据试验项目的不同进行调整，以满足不同试验项目的数据采集需求。试验台本体内的传感器能够用于检测试验过程中材料受力、变形等参数。
现参见图3，示出了本发明巷道掘进与支护综合试验台同时进行掘进机6作业和锚杆台车7支护作业的状态图，图中虚线表示内部不可见线条。其中，挖掘机在巷道模型通道4内作业，锚杆台车7在掘进机6尾部进行顶板和侧板1的支护作业。此试验可同时验证巷道模型通道4内多台设备的作业空间布局及合理性、掘进机6的截割速度及破岩能力、煤的输送衔接、锚杆台车7和掘进机6的工艺衔接特性、锚杆台车7的支护速度及支护工艺、巷道内通风和照明方案等。
需要说明的是，图3仅是以掘进机6和锚杆台车7两台设备同时作业为例介绍试验台的综合功能之一，本发明所提供的巷道掘进与支护综合试验台还可以进行其他的一种或多种巷道掘进中的技术和工艺试验。
在一个实施例中，巷道掘进与支护综合试验台被配置为能够进行多功能的技术研发和试验操作，多功能的技术研发和试验操作包括进行掘进、支护、通风、排水和工艺空间验证等。需要说明的是，多功能的技术研发和试验操作功能均是通过巷道掘进与支护综合试验台的结构实现，例如，巷道模型通道4一端连通至试验台本体外部，另一端位于试验台本体内，使巷道模型通道4为盲孔结构，进而可在试验台本体内未被巷道模型通道4贯通的部分进行掘进试验；巷道模型通道4内部模拟的真实煤矿巷道，能够直接在巷道模型通道4内部进行支护、通风、排水和工艺空间验证等。
本发明实施例提供的巷道掘进与支护综合试验台，旨在为煤炭行业巷道掘进提供新技术的综合试验平台，为井下的现场实际试验提供前期的原理性验证和工艺技术可行性验证。相对于井下现场试验，本发明提供的试验装置可以减少人力和物力成本，避免对井下生产的影响，是促进行业新技术发展的有效平台。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种巷道掘进与支护综合试验台，其特征在于，包括试验台本体，所述试验台本体下部设置有巷道模型通道，所述巷道模型通道下侧开口，所述巷道模型通道一端连通至所述试验台本体外部，另一端位于所述试验台本体内；
所述试验台本体设置为由多个材料模块组成的分体式结构，各所述材料模块之间通过镶嵌、拼接或粘接方式组合在一起；构成所述试验台本体的各材料模块上预制吊装结构；
所述试验台本体内设置有承载结构，所述承载结构为钢结构骨架或钢筋混凝土结构框架；
所述试验台本体包括顶板和侧板，所述顶板构成所述试验台本体位于所述巷道模型通道以上的部分，所述侧板构成试验台本体位于所述顶板以下的部分，所述顶板与所述侧板为拼接结构；
所述顶板包括第一顶板和第二顶板，所述第一顶板为完整顶板，所述第二顶板为层状顶板或裂隙顶板，所述完整顶板为内部材料连续、均匀的一体板，所述层状顶板为由至少两块板层叠设置形成的板体，所述裂隙顶板为内部存在裂隙的板体，所述第一顶板的端部和第二顶板的端部拼接；
所述侧板由煤体或煤体相似材料拼接形成，或，所述侧板通过设置柔模进行灌注成型。
2.根据权利要求1所述的巷道掘进与支护综合试验台，其特征在于，位于所述巷道模型通道表面的所述试验台本体侧壁为不平整侧壁。
3.根据权利要求1所述的巷道掘进与支护综合试验台，其特征在于，所述试验台本体内设置有传感器，所述传感器为压力传感器、位移传感器或应变传感器中的一种或两种以上的任意组合，所述传感器用于检测试验过程中材料受力、变形参数。
4.根据权利要求1所述的巷道掘进与支护综合试验台，其特征在于，所述试验台本体上设置有遮光装置，所述遮光装置用于遮挡进入所述巷道模型通道的光线。
5.根据权利要求1-4任一项所述的巷道掘进与支护综合试验台，其特征在于，所述试验台本体的尺寸为：12m≤L1≤20m，8m≤L2≤12m，5m≤L3≤7.5m；所述巷道模型通道的尺寸为：12m≤L4≤16.5m，4m≤L5≤6m，3m≤L6≤6m。
6.根据权利要求1-4任一项所述的巷道掘进与支护综合试验台，其特征在于，所述试验台本体外侧表面设置有防水层，所述防水层用于防止雨水对所述试验台本体的侵蚀。
7.根据权利要求1-4任一项所述的巷道掘进与支护综合试验台，其特征在于，所述巷道掘进与支护综合试验台被配置为能够进行多功能的技术研发和试验操作，所述多功能的技术研发和试验操作包括进行掘进、支护、通风、排水和工艺空间验证。
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| CN112360557A (zh) | 2021-02-12 |
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