CN112462033B - 煤矿自动开采相似模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开煤矿自动开采相似模拟实验装置，包括箱体、实验材料、支撑板、调节组件和气体支撑组件，所述实验材料设置在所述箱体内，所述支撑板设置在所述箱体底部，所述实验材料位于所述支撑板上方，所述气体支撑组件设置在所述箱体内，且所述气体支撑组件位于所述支撑板下方，所述调节组件设置在所述箱体下方。本发明在进行煤矿开采模拟实验时，通过设置入气管、单向阀和电磁阀，气源将外部空气通过第四软管充入入气管，并且流向第一软管和第二软管内，固定连接在支撑板下表面的第二软管充满气之后对支撑板提供支撑力，所述第一软管和所述第二软管通过橡胶块连接起来，增强竖直方向的支撑稳定性。

Description

煤矿自动开采相似模拟实验装置

技术领域

本发明涉及开采模拟技术领域。具体地说是煤矿自动开采相似模拟实验装置。

背景技术

煤矿是人类在富含煤炭的矿区开采煤炭资源的区域，一般分为井工煤矿和露天煤矿。煤是最主要的固体燃料，是可燃性有机岩的一种。它是由一定地质年代生长的繁茂植物，在适宜的地质环境中，逐渐堆积成厚层，并埋没在水底或泥沙中，经过漫长地质年代的天然煤化作用而形成的。

实验手段落后，学生参与程度低,教学效果较差。煤矿开采是一个高危险、高成本、高能耗行业特性，很难在实验室开展真实的实验项目。目前，在进行煤矿开采模拟实验时，大多采用液压缸支撑，而且液压缸是硬支撑，不能够反映真实情况，而且液压缸成本较高，在现有技术中，还有运用固液转换的原理，也就是采用石蜡支撑，对石蜡进行加热，石蜡融化后流出，然而，石蜡融化很慢，模拟实际状况不真实。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种采用气体进行模拟的煤矿自动开采相似模拟实验装置，气体能够让实验材料在进行模拟实验时，通过对气体的释放而瞬间坍塌，模拟实际状况更加真实，而且气体成本低。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

上述煤矿自动开采相似模拟实验装置，包括箱体、实验材料、支撑板、调节组件和气体支撑组件，所述实验材料设置在所述箱体内，所述支撑板设置在所述箱体底部，所述实验材料位于所述支撑板上方，所述气体支撑组件设置在所述箱体内，且所述气体支撑组件位于所述支撑板下方，所述调节组件设置在所述箱体下方，所述气体支撑组件位于所述调节组件上方。

上述煤矿自动开采相似模拟实验装置，所述气体支撑组件包括横向布置的入气管，所述调节组件上表面固定连接有支撑台，所述入气管嵌在所述支撑台表面，所述入气管与纵向布置的第一软管流体导通，所述第一软管上端固定连接有橡胶块，所述橡胶块表面开设有透气孔，所述第一软管的上端通过所述橡胶块与纵向布置的第二软管流体导通，所述第二软管侧面穿设有单向阀。

上述煤矿自动开采相似模拟实验装置，所述第二软管通过所述单向阀与横向布置的第三软管的一端流体导通，所述第三软管另一端与相邻的另一个所述第二软管直接流体导通，所述入气管上设置有电磁阀，每个所述电磁阀设置在相邻两个所述第一软管之间的所述入气管上，所述入气管的一端连通有输气管，所述输气管另一端固定连接有第四软管，所述第四软管另一端与供气源连接。

上述煤矿自动开采相似模拟实验装置，所述支撑板表面开设有第一滑槽，所述第一滑槽内活动连接有滑块，所述箱体内壁开设有卡槽，所述滑块卡接在所述卡槽内，所述第二软管固定连接在所述支撑板下底面上，所述滑块表面固定连接有第一固定环，所述第一固定环连接有拉绳，所述第二软管表面固定连接有第二固定环，所述第一固定环与所述第二固定环通过所述拉绳连接。

上述煤矿自动开采相似模拟实验装置，所述箱体内壁设置有摩擦块，所述摩擦块表面固定连接有限位块，所述支撑台表面开设有凹槽，所述支撑台四周表面设置有橡胶圈，所述箱体内壁开设有第二滑槽，所述橡胶圈活动在所述第二滑槽内，所述箱体底部开设有开口，所述调节组件穿设在所述开口内，所述箱体下表面固定连接有基座。

上述煤矿自动开采相似模拟实验装置，所述基座共有四个，且呈矩形设置在箱体下表面，所述箱体侧面固定连接有第一合页，所述第一合页另一端固定连接有第一仓门，所述第一仓门表面固定连接有第一把手，所述箱体表面固定连接有第二合页，所述第二合页另一端固定连接有第二仓门，所述第二仓门表面固定连接有第二把手。

上述煤矿自动开采相似模拟实验装置，所述调节组件包括第一固定块，所述第一固定块表面开设有活动槽，所述第一固定块通过销轴活动连接有支撑架，所述支撑架通过销轴活动连接有第二固定块，所述支撑架表面固定连接有第一限位杆，所述第一限位杆表面固定连接有第一连接块，所述第一连接块通过销轴活动连接有第一连接杆，所述第一连接杆另一端固定连接有电动推杆。

上述煤矿自动开采相似模拟实验装置，所述电动推杆另一端固定连接有第二连接杆，所述第二连接杆另一端通过销轴活动连接有第二连接块，所述支撑架表面固定连接有第二限位杆，所述第二连接块固定连接在所述第二限位杆表面，所述第一固定块和所述第二固定块各有两个，且分别通过销轴与所述支撑架活动连接，所述支撑架共有两个，且分别固定连接在所述第一限位杆和所述第二限位杆两端。

本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

1、本发明在进行煤矿开采模拟实验时，通过设置入气管、单向阀和电磁阀，气源将外部空气通过第四软管充入入气管，并且流向第一软管和第二软管内，固定连接在支撑板下表面的第二软管充满气之后对支撑板提供支撑力，所述第一软管和所述第二软管通过橡胶块连接起来，增强竖直方向的支撑稳定性。

2、本发明通过设置拉绳，拉绳将第二软管和支撑板连接在一起，当支撑台向着远离支撑板的方向运动的时候，使得拉绳伸长直至拉紧，带动两个滑块相向活动，带动滑块脱离卡槽，从而在支撑板下方形成单一的“气体支撑”，以便在放气的时候使得实验材料失去支撑板的支撑，在地心引力的作用下，实验材料瞬间坍塌，提高了模拟实验的真实度。

3、本发明通过设置调节组件，通过控制电动推杆运转，在第一限位杆和第二限位杆的作用下，带动支撑架运动，带动支撑台向上定向活动，支撑台对支撑板提供支撑，使得实验材料的下方支撑为硬支撑，同时防止人们在夯实实验材料时支撑板因外力而损坏。限位块对支撑板进行限位，防止人们在对第一软管和第二软管充气时，支撑板在第二软管的作用下向上活动而影响实验材料的稳定性，同时防止支撑板产生松动的情况发生。摩擦块增加了实验材料与箱体的摩擦力。

附图说明

图1本发明煤矿自动开采相似模拟实验装置的正视剖面结构示意图；

图2本发明煤矿自动开采相似模拟实验装置的正视结构示意图；

图3本发明煤矿自动开采相似模拟实验装置中支撑板的侧视结构示意图；

图4本发明煤矿自动开采相似模拟实验装置的俯视剖面结构示意图；

图5本发明煤矿自动开采相似模拟实验装置中入气管的侧视剖面结构示意图；

图6本发明煤矿自动开采相似模拟实验装置中调节组件的结构示意图。

图中附图标记表示为：1-箱体；2-摩擦块；3-实验材料；4-支撑板；5-第一滑槽；6-滑块；7-卡槽；8-调节组件；801-第一固定块；802-活动槽；803-第二固定块；804-支撑架；805-第一限位杆；806-第一连接块；807-第一连接杆；808-电动推杆；809-第二连接杆；810-第二连接块；811-第二限位杆；9-支撑台；10-入气管；11-第一软管；12-橡胶块；13-透气孔；14-第二软管；15-单向阀；16-第三软管；17-电磁阀；18-输气管；19-第四软管；20-第一固定环；21-拉绳；22-第二固定环；23-凹槽；24-橡胶圈；25-第二滑槽；26-开口；27-基座；28-第一合页；29-第一仓门；30-第一把手；31-第二合页；32-第二仓门；33-第二把手；34-限位块。

具体实施方式

如图1至图6所示，本实施例煤矿自动开采相似模拟实验装置，包括箱体1、实验材料3、支撑板4、调节组件8和气体支撑组件，所述实验材料3设置在所述箱体1内，所述支撑板4设置在所述箱体1底部，所述实验材料3位于所述支撑板4上方，所述气体支撑组件设置在所述箱体1内，且所述气体支撑组件位于所述支撑板4下方，所述调节组件8设置在所述箱体1下方，所述气体支撑组件位于所述调节组件8上方。

所述气体支撑组件包括横向布置的入气管10，所述调节组件8上表面固定连接有支撑台9，所述入气管10嵌在所述支撑台9表面，所述入气管10与纵向布置的第一软管11流体导通，所述第一软管11上端固定连接有橡胶块12，所述橡胶块12表面开设有透气孔13，所述第一软管11的上端通过所述橡胶块12与纵向布置的第二软管14流体导通，所述第一软管11和所述第二软管14通过橡胶块12连接起来，增强竖直方向的支撑稳定性，所述第二软管14侧面穿设有单向阀15。

所述第二软管14通过所述单向阀15与横向布置的第三软管16的一端流体导通，所述第三软管16另一端与相邻的另一个所述第二软管14直接流体导通，所述入气管10上设置有电磁阀17，每个所述电磁阀17设置在相邻两个所述第一软管11之间的所述入气管10上，所述入气管10的一端连通有输气管18，所述输气管18另一端固定连接有第四软管19，通过设置入气管10、单向阀15和电磁阀17，气源将外部空气通过第四软管19充入入气管10，并且流向第一软管11和第二软管14内，固定连接在支撑板4下表面的第二软管14充满气之后对支撑板4提供支撑力，所述第四软管19另一端与供气源连接。

所述支撑板4表面开设有第一滑槽5，所述第一滑槽5内活动连接有滑块6，所述箱体1内壁开设有卡槽7，所述滑块6卡接在所述卡槽7内，所述第二软管14固定连接在所述支撑板4下底面上，所述滑块6表面固定连接有第一固定环20，所述第一固定环20连接有拉绳21，通过设置拉绳21，拉绳21将第二软管14和支撑板4连接在一起，当气源向第一软管11和第二软管14内充气至第一软管11和第二软管14在纵向充分伸长的时候使得拉绳21绷紧，在拉绳21的作用下，同时带动两个滑块6相向活动，带动滑块6脱离卡槽，从而为第一软管11和第二软管14放气而支撑板4向下活动创造条件，放气时支撑板4向下运动使得实验材料3失去支撑板4的支撑，在地心引力的作用下，实验材料坍塌，提高了模拟实验的真实度，所述第二软管14表面固定连接有第二固定环22，所述第一固定环20与所述第二固定环22通过所述拉绳21连接。

所述箱体1内壁设置有摩擦块2，所述摩擦块2表面固定连接有限位块34，所述支撑台9表面开设有凹槽23，所述支撑台9四周表面设置有橡胶圈24，所述箱体1内壁开设有第二滑槽25，所述橡胶圈24活动在所述第二滑槽25内，所述箱体1底部开设有开口26，所述调节组件8穿设在所述开口26内，所述箱体1下表面固定连接有基座27。

所述基座27共有四个，且呈矩形设置在箱体1下表面，所述箱体1侧面固定连接有第一合页28，所述第一合页28另一端固定连接有第一仓门29，所述第一仓门29表面固定连接有第一把手30，所述箱体1表面固定连接有第二合页31，所述第二合页31另一端固定连接有第二仓门32，所述第二仓门32表面固定连接有第二把手33。

所述调节组件8包括第一固定块801，所述第一固定块801表面开设有活动槽802，所述第一固定块801通过销轴活动连接有支撑架804，所述支撑架804通过销轴活动连接有第二固定块803，所述支撑架804表面固定连接有第一限位杆805，所述第一限位杆805表面固定连接有第一连接块806，所述第一连接块806通过销轴活动连接有第一连接杆807，所述第一连接杆807另一端固定连接有电动推杆808，所述电动推杆808另一端固定连接有第二连接杆809，所述第二连接杆809另一端通过销轴活动连接有第二连接块810，所述支撑架804表面固定连接有第二限位杆811，通过设置调节组件，通过控制电动推杆808运转，在第一限位杆805和第二限位杆811的作用下，带动支撑架804运动，带动支撑台9向上定向活动，支撑台9对支撑板4提供支撑，防止人们在夯实实验材料支撑板4因外力而损坏。限位块34对支撑板4进行限位，防止人们在对第一软管11和第二软管14充气时，支撑板4在第二软管14的作用下向上活动，防止支撑板4产生松动的情况发生。摩擦块2增加了实验材料与箱体的摩擦力，所述第二连接块810固定连接在所述第二限位杆811表面，所述第一固定块801和所述第二固定块803各有两个，且分别通过销轴与所述支撑架804活动连接，所述支撑架804共有两个，且分别固定连接在所述第一限位杆805和所述第二限位杆811两端。

在本实施例中，通过控制气体支撑组件和调节组件8活动，气体支撑组件和调节组件8相配合，实现在不同的阶段对支撑板4提供支撑，同时气体支撑组件带动滑块6在第一滑槽5内相向活动，带动滑块6脱离卡槽7以便在支撑板4下方形成单一的气体支撑，在放气的时候失去支撑的支撑板4在地心引力的作用下，向下定向活动，使得相应支撑板4上方的实验材料3坍塌，从而达到对煤矿开采进行模拟实验的目的。

在其他一些实施例中，气体支撑组件也可以是液压缸这一类的支撑工具，然而液压缸不仅成本较高，而且液压缸需要人为控制延伸或者收缩，这样影响了模拟实验的真实度，不仅如此，液压缸是硬支撑，无法模拟实际底板的真实状况。

在其他一些实施例中，气体支撑组件和支撑板4也可以是石蜡，通过运用固液转换的原理，对石蜡进行加热，石蜡融化后流出，而且，在进行实验时，需要分成各个阶段开采，同时可以各个阶段的坍塌情况对比，但是，石蜡融化很慢，需要一定的时间，使得实验时间延长，降低了人们进行煤矿开采模拟实验的效率，并且不能模拟实际开采中瞬间坍塌的现象。

具体工作原理为；

首先，将滑块6卡接在卡槽7内，通过控制电动推杆808运转，在第一限位杆805和第二限位杆811的作用下，带动支撑架804运动，从而带动支撑台9向上定向活动，支撑台9对支撑板4提供支撑力，滑块6也同时对支撑板4提供支撑力，此时气体支撑组件的各部件均位于所述支撑台9上的凹槽内，使得支撑台9与滑块6之间为面接触，以便起到对支撑板4的双重支撑作用。将实验材料3按照实验要求铺设在箱体1内，并将实验材料3夯实，由于支撑板4下面是滑块6和支撑台9之间形成的硬支撑，因此在铺设、夯实实验材料3的时候不会发生晃动或反弹等不稳定的现象；然后，通过控制电动推杆808运转，带动支撑台9向下定向活动，拉伸21开始逐步拉紧，与此同时，气源将外部空气通过第四软管19充入入气管10，并且流向第一软管11和第二软管14内，固定连接在支撑板4下表面的第二软管14充满气之后对支撑板4提供支撑力，直至拉绳21将滑块6从卡槽7中拉出(需要预先调整拉绳21的长度，第一软管11和第二软管14充满气体后的总长度使得拉绳21绷紧且能够将滑块6从卡槽7中拉出)，此时支撑板4完全依靠纵向的第一软管11和第二软管14进行“气体支撑”；

然后开始进行煤矿自动开采模拟试验，如图5所示，通过第四软管19开始放气，图5中右侧的支撑板4首先瞬间落下以模拟煤矿自动开采时的煤层瞬间塌落下拉的现象，图5中从右至左逐一打开电磁阀17，从而实现煤矿自动开采时的煤层瞬间塌落下拉的现象；为了加快气体流出以便更加接近真实情况，也可以通过抽气装置将第一软管11和第二软管14内的空气抽出，在单向阀15和电磁阀17的共同作用下，抽气装置可以每次只抽取一组中第一软管11和第二软管14内的空气，通过打开第一个电磁阀17，气源可以将第二组第一软管11和第二软管14内的空气抽出，以此类推可以依次抽出图5所示中六组第一软管11和第二软管14内的空气。

拉绳21、滑块6和卡槽7的相互配合，使得在向第一软管11和第二软管14内充气以及支撑台9远离支撑板4而形成气体支撑的过程中，仍然能够有效地使得支撑板4不会掉落，直至气体支撑最终形成之后拉绳21绷紧而将滑块6从卡槽7中拉出，最终形成“单一气体支撑”，为后续模拟创造条件。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。

Claims (4)

1.煤矿自动开采相似模拟实验装置，其特征在于，包括箱体（1）、实验材料（3）、支撑板（4）、调节组件（8）和气体支撑组件，所述实验材料（3）设置在所述箱体（1）内，所述支撑板（4）设置在所述箱体（1）底部，所述实验材料（3）位于所述支撑板（4）上方，所述气体支撑组件设置在所述箱体（1）内，且所述气体支撑组件位于所述支撑板（4）下方，所述调节组件（8）设置在所述箱体（1）下方，所述气体支撑组件位于所述调节组件（8）上方；

所述气体支撑组件包括横向布置的入气管（10），所述调节组件（8）上表面固定连接有支撑台（9），所述入气管（10）嵌在所述支撑台（9）表面，所述入气管（10）与纵向布置的第一软管（11）流体导通，所述第一软管（11）上端固定连接有橡胶块（12），所述橡胶块（12）表面开设有透气孔（13），所述第一软管（11）的上端通过所述橡胶块（12）与纵向布置的第二软管（14）流体导通，所述第二软管（14）侧面穿设有单向阀（15）；

所述第二软管（14）通过所述单向阀（15）与横向布置的第三软管（16）的一端流体导通，所述第三软管（16）另一端与相邻的另一个所述第二软管（14）直接流体导通，所述入气管（10）上设置有电磁阀（17），每个所述电磁阀（17）设置在相邻两个所述第一软管（11）之间的所述入气管（10）上，所述入气管（10）的一端连通有输气管（18），所述输气管（18）另一端固定连接有第四软管（19），所述第四软管（19）另一端与供气源连接；

所述支撑板（4）表面开设有第一滑槽（5），所述第一滑槽（5）内活动连接有滑块（6），所述箱体（1）内壁开设有卡槽（7），所述滑块（6）卡接在所述卡槽（7）内，所述第二软管（14）固定连接在所述支撑板（4）下底面上，所述滑块（6）表面固定连接有第一固定环（20），所述第一固定环（20）连接有拉绳（21），所述第二软管（14）表面固定连接有第二固定环（22），所述第一固定环（20）与所述第二固定环（22）通过所述拉绳（21）连接。

2.根据权利要求1所述的煤矿自动开采相似模拟实验装置，其特征在于，所述箱体（1）内壁设置有摩擦块（2），所述摩擦块（2）表面固定连接有限位块（34），所述支撑台（9）表面开设有凹槽（23），所述支撑台（9）四周表面设置有橡胶圈（24），所述箱体（1）内壁开设有第二滑槽（25），所述橡胶圈（24）活动在所述第二滑槽（25）内，所述箱体（1）底部开设有开口（26），所述调节组件（8）穿设在所述开口（26）内，所述箱体（1）下表面固定连接有基座（27）。

3.根据权利要求2所述的煤矿自动开采相似模拟实验装置，其特征在于，所述基座（27）共有四个，且呈矩形设置在箱体（1）下表面，所述箱体（1）侧面固定连接有第一合页（28），所述第一合页（28）另一端固定连接有第一仓门（29），所述第一仓门（29）表面固定连接有第一把手（30），所述箱体（1）表面固定连接有第二合页（31），所述第二合页（31）另一端固定连接有第二仓门（32），所述第二仓门（32）表面固定连接有第二把手（33）。

4.根据权利要求3所述的煤矿自动开采相似模拟实验装置，其特征在于，所述调节组件（8）包括第一固定块（801），所述第一固定块（801）表面开设有活动槽（802），所述第一固定块（801）通过销轴活动连接有支撑架（804），所述支撑架（804）通过销轴活动连接有第二固定块（803），所述支撑架（804）表面固定连接有第一限位杆（805），所述第一限位杆（805）表面固定连接有第一连接块（806），所述第一连接块（806）通过销轴活动连接有第一连接杆（807），所述第一连接杆（807）另一端固定连接有电动推杆（808）；

所述电动推杆（808）另一端固定连接有第二连接杆（809），所述第二连接杆（809）另一端通过销轴活动连接有第二连接块（810），所述支撑架（804）表面固定连接有第二限位杆（811），所述第二连接块（810）固定连接在所述第二限位杆（811）表面，所述第一固定块（801）和所述第二固定块（803）各有两个，且分别通过销轴与所述支撑架（804）活动连接，所述支撑架（804）共有两个，且分别固定连接在所述第一限位杆（805）和所述第二限位杆（811）两端。

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