CN204203189U

CN204203189U - 一种急倾斜煤层矸石充填试验装置

Info

Publication number: CN204203189U
Application number: CN201420499748.6U
Authority: CN
Inventors: 尹延春; 赵同彬; 谭云亮; 王忠武; 张玉宝
Original assignee: Shandong University of Science and Technology
Current assignee: Shandong University of Science and Technology
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2014-09-01
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2024-09-01

Abstract

本实用新型公开了一种急倾斜煤层矸石充填试验装置，箱体为倾斜布置，下托板与水平线之间的夹角为45°-70°，下托板上方布置有顶板与底板，顶板与底板之间形成布置空间，该布置空间内布置有仿真煤层块，仿真煤层块开挖后在形成的采空区内填充有仿真矸石，该布置空间的上端设置有填充口，下端设置有开挖口；顶板与上盖板之间的箱体内填充有仿真岩层颗粒，仿真岩层颗粒的上表面布置有仿真岩层块。利用高速相机对试验过程进行拍照，有利于试验现象的描述，通过调整四根伸缩支架之间的高度，可以实现不同的煤层角度，通过调整左、右两侧调整板的高度，可以实现不同的煤层厚度，通过选择不同的顶板材料和底板材料，可以实现不同的顶底板类型。

Description

一种急倾斜煤层矸石充填试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种急倾斜煤层矸石充填试验装置。

背景技术

我国急倾斜煤层年产量占全国煤炭总量的8％-10％，而且比例逐年递增。由于急倾斜煤层赋存角度大、地质构造复杂、顶底板易滑动垮落，在生产中存在较多的安全隐患，而且开采工艺复杂，制约了急倾斜煤层的安全高效开采。

针对急倾斜煤层赋存条件，利用矸石在自重作用下移动对急倾斜煤层的采空区进行充填，不仅可以有效地减缓煤层顶底板运动，减小顶底板的变形，保证工作面的安全开采，而且可以减少地面排矸量，减小环境污染，对于实现煤矿安全高效绿色开采具有重要的意义。

明确采空区中矸石的运移规律及充填效果的影响因素，对于提高采空区矸石充填率，有效地控制煤层顶底板运动具有重要的意义。但由于煤层赋存条件复杂，并且采空区中充满矸石，内部无法安装监测仪器，矸石在采空区内的运移过程具有不可见、不可接触性，为理论研究和现场观测带来了很大的困难。因此，通过相似材料模拟试验来再现开采充填过程，成为研究其内在规律的一种重要手段。由于急倾斜煤层倾斜角度较大，模型堆砌困难，材料容易倒塌，试验结果的可靠性也得不到保证，而且改变试验方案需要重新建立模型进行试验，耗时费力、工作量大。因此，现有技术有待于更进一步的改进和发展。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种急倾斜煤层矸石充填试验装置，以对急倾斜煤层开采采空区矸石运移规律及充填效果影响因素进行分析研究。

为解决上述技术问题，本实用新型方案包括：

一种急倾斜煤层矸石充填试验装置，其包括箱体，其中，箱体包括左调整板、右调整板、前挡板、后挡板、下托板与上盖板，箱体为倾斜布置，下托板与水平线之间的夹角为45°-70°，下托板上方布置有顶板与底板，顶板与底板之间形成布置空间，该布置空间内布置有仿真煤层块，仿真煤层块开挖后在形成的采空区内填充有仿真矸石，该布置空间的上端设置有填充口，下端设置有开挖口；顶板与上盖板之间的箱体内填充有仿真岩层颗粒，仿真岩层颗粒的上表面布置有仿真岩层块。

所述的急倾斜煤层矸石充填试验装置，其中，上述顶板面向上盖板一侧的表面上均匀布置有多个位移传感器；开挖前位于填充口处之仿真煤层块的上端布置有一压力传感器；箱体的正面布置有高速相机，位移传感器、压力传感器、高速相机均与一数据采集器通信连接。

所述的急倾斜煤层矸石充填试验装置，其中，上述开挖口内设置有卡销，顶板与左调整板、右调整板均通过连接角板相连接。

所述的急倾斜煤层矸石充填试验装置，其中，上述箱体配置有支撑机构，该支撑机构包括四根伸缩支架，用于调整箱体的倾斜度，其中两根伸缩支架铰接在左调整板上，剩余的两根伸缩支架铰接在下托板上。

本实用新型提供的一种急倾斜煤层矸石充填试验装置，充填模型架的前挡板为有机玻璃，可对试验现象进行直观的观察，并利用高速相机对试验过程进行拍照，有利于试验现象的描述，通过调整四根伸缩支架之间的高度，可以实现不同的煤层角度，通过调整左、右两侧调整板的高度，可以实现不同的煤层厚度，通过选择不同的顶板材料和底板材料，可以实现不同的顶底板类型。还可以在急倾斜煤层矸石充填试验装置布置对应的传感器，并配置计算机等数据采集、分析系统，进而对急倾斜煤层开采采空区矸石运移规律及充填效果影响因素进行分析研究，并且可以通过调整急倾斜煤层矸石充填试验装置来调整试验过程中的各个因素，降低了试验成本。

附图说明

图1是本实用新型中急倾斜煤层矸石充填试验装置的主体机构示意图；

图2是本实用新型中箱体的剖面结构示意图；

其中，

1-左调整板；2-右调整板；3-前挡板；4-后挡板；5-下托板；6-上盖板；7-顶板；8-仿真煤层块；9-仿真矸石；10-填充口；11-开挖口；12-仿真岩层颗粒；13-仿真岩层块；14-位移传感器；15-压力传感器；16-高速相机；17-数据采集器；18-卡销；19-连接角板；20-伸缩支架；21-调节螺孔组；22-底板。

具体实施方式

本实用新型提供了一种急倾斜煤层矸石充填试验装置，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供了一种急倾斜煤层矸石充填试验装置，如图1与图2所示的，其包括箱体，其中，箱体包括左调整板1、右调整板2、前挡板3、后挡板4、下托板5与上盖板6，箱体为倾斜布置，下托板5与水平线之间的夹角为45°-70°，下托板5上方布置有顶板7与底板22，顶板7与底板22之间形成布置空间，该布置空间内布置有仿真煤层块8，仿真煤层块8开挖后在形成的采空区内填充有仿真矸石9，该布置空间的上端设置有填充口10，下端设置有开挖口11；顶板7与上盖板6之间的箱体内填充有仿真岩层颗粒12，仿真岩层颗粒12的上表面布置有仿真岩层块13。

在本实用新型的另一较佳实施例中，上述顶板7面向上盖板6一侧的表面上均匀布置有多个位移传感器14；开挖前位于填充口处之仿真煤层块8的上端布置有一压力传感器15；箱体的正面布置有高速相机16，位移传感器14、压力传感器15、高速相机16均与一数据采集器17通信连接，数据采集器17可以是笔记本电脑、台式电脑等设备。

更进一步的，上述开挖口11内设置有卡销18，防止仿真煤层块8自由滑落出开挖口11，使试验出现误差，顶板7与左调整板1、右调整板2均通过连接角板19相连接。

并且上述箱体配置有支撑机构，该支撑机构包括四根伸缩支架20，用于调整箱体的倾斜度，进而调整布置空间内仿真煤层块8的倾斜角度，通过调整左、右两侧调整板的高度，可以实现不同的煤层厚度，通过选择不同的顶板材料和底板材料，可以实现不同的顶底板类型，从而可以对急倾斜煤层开采采空区矸石运移规律及充填效果影响因素进行分析更详尽的研究。其中两根伸缩支架20铰接在左调整板1上，剩余的两根伸缩支架20铰接在下托板5上，伸缩支架20可以采用液压支架等技术手段。

本实用新型还提供了使用上述述急倾斜煤层矸石充填试验装置的方法，其包括以下步骤：

下托板5与水平线之间的夹角在45°-70°之间，上述顶板7面向上盖板6一侧的表面上均匀布置有多个位移传感器14，在布置空间内放置多个仿真煤层块8，仿真煤层块8连接成串，位于填充口处之仿真煤层块8的上端头黏贴有压力传感器15，在开挖口11处放置一个卡销18，用于防止仿真煤层块8自由滑落出开挖口11；在顶板7与上盖板6之间的箱体内填充有仿真岩层颗粒12，仿真岩层颗粒12的上表面与填充口10位置齐平，在仿真岩层颗粒12的上表面布置有仿真岩层块13，仿真岩层颗粒12和仿真岩层块13构成了煤层的上覆岩层；

在开挖口11处移除一定长度的仿真煤层块8模拟煤层开挖，同步的在填充口10处充填仿真矸石9模拟采空区矸石充填；高速相机16对仿真矸石9的运移过程进行拍照，通过对应传感器记录顶板7的变形和仿真矸石9对仿真煤层块8的作用力；重复此步骤，直至仿真煤层块8开挖完毕、采空区充填完毕。显然的，为了获取不同的试验数据，可以对箱体的倾斜角度、煤层厚度以及顶底板类型等参数进行调整，重新进行试验，进而降低试验成本。

为了更进一步的描述本实用新型，以下列举更为详尽的实施例进行说明。

箱体尺寸为1m×1.05m×6cm；后挡板4和前挡板3的高度为1.05m，后挡板4和前挡板3的左右两侧布有调节螺孔组21，每组调节螺孔组21由3个相距1cm的螺孔组成；前挡板3为有机玻璃挡板；左调整板1和右调整板2高度为1m；下托板5通过铰接与伸缩支架20相连接；下托板5上部为底板22，底板22的上表面具有一定的粗糙度；顶板7通过连接角板19与左调整板1、右调整板2相连接，顶板7具有一定的柔性；顶板7下表面具有一定的粗糙度；顶板7将箱体空间分隔为上下两部分，顶板7上部为仿真岩层颗粒12，仿真岩层颗粒12上部为仿真岩层块13，每个仿真煤层块8的长度为10cm。并且伸缩支架20的最大伸长高度为1m，最小缩短高度为0.2m；其信息采集的设备主要包括黏贴在顶板7表面上的位移传感器14、黏贴在仿真煤层块8上端头部位的压力传感器15、高速相机16以及数据采集器17。

利用所述急倾斜煤层矸石充填试验装置进行充填试验的方法，包括以下步骤：

第一步：根据试验方案选择相应的调节螺孔组21中的螺孔，利用螺丝将左调整板1、右调整板2、前挡板3与后挡板4相连接；在顶板7的表面上每隔10cm黏贴一个位移传感器14；将顶板7通过连接角板19与左调整板1、右调整板2的一端头连接；将底板22与下托板5相连接；将下托板5与前挡板3、后挡板4相连接；将两根伸缩支架20与右调整板2铰接连接，将两根伸缩支架20与下托板5铰接连接。

第二步：调整四根伸缩支架20的高度，使布置空间倾斜60°；位于填充口处之仿真煤层块8的上端头黏贴压力传感器15，将上述仿真煤层块8设置在布置空间内，黏贴有压力传感器15的一端向仿真矸石9方向布置；仿真煤层块8利用细线连接成串，在开挖口11处放置一个卡销18，防止仿仿真煤层块8自由滑落；在顶板7上部由下自上填充仿真岩层颗粒12，在仿真岩层颗粒12上部放置仿真岩层块13。

第三步：将位移传感器14、压力传感器15、高速相机16与一数据采集器17相连，在箱体的对应侧架设高速相机16，以镜头采集范围要覆盖整个布置空间，比如将高速相机16设置在箱体的正面，通过前挡板3进行拍摄。

第四步：在开挖口11处移除一块仿真煤层块8模拟煤层开挖，然后在填充口10处充填仿真矸石9模拟采空区矸石充填；利用高速相机16对仿真矸石9的运移过程进行拍照，并记录顶板7的变形和仿真煤层块8受到的仿真矸石9的作用力；重复此步骤，直至仿真煤层块8开挖完毕、采空区充填完毕。

第五步：根据试验方案，调整仿真煤层块8的厚度与角度、顶板7、底板22的材料等重新进行试验，分析对比不同因素下的充填效果。

当然，以上说明仅仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本实用新型的保护。

Claims

1.一种急倾斜煤层矸石充填试验装置，其包括箱体，其特征在于，箱体包括左调整板、右调整板、前挡板、后挡板、下托板与上盖板，箱体为倾斜布置，下托板与水平线之间的夹角为45°-70°，下托板上方布置有顶板与底板，顶板与底板之间形成布置空间，该布置空间内布置有仿真煤层块，仿真煤层块开挖后在形成的采空区内填充有仿真矸石，该布置空间的上端设置有填充口，下端设置有开挖口；顶板与上盖板之间的箱体内填充有仿真岩层颗粒，仿真岩层颗粒的上表面布置有仿真岩层块；

上述顶板面向上盖板一侧的表面上均匀布置有多个位移传感器；开挖前位于填充口处之仿真煤层块的上端布置有一压力传感器；箱体的正面布置有高速相机，位移传感器、压力传感器、高速相机均与一数据采集器通信连接。

2.根据权利要求1所述的急倾斜煤层矸石充填试验装置，其特征在于，上述开挖口内设置有卡销，顶板与左调整板、右调整板均通过连接角板相连接。

3.根据权利要求1所述的急倾斜煤层矸石充填试验装置，其特征在于，上述箱体配置有支撑机构，该支撑机构包括四根伸缩支架，用于调整箱体的倾斜度，其中两根伸缩支架铰接在左调整板上，剩余的两根伸缩支架铰接在下托板上。