一種掘支錨聯合機組實驗裝置及方法與流程

本發明屬于煤礦巷道掘進工程技術領域，特別是涉及一種掘支錨聯合機組實驗裝置及方法。

背景技術：

掘進和回采是煤礦井下作業的重要環節，而采掘技術和采掘裝備水平又直接關系到煤礦生產效率和生產安全。對于高效機械化掘進與支護技術來說，其不但是保證礦井實現高產高效的必要條件，也是巷道掘進技術的發展方向。

為了滿足我國煤炭巨大的年產量和消耗量需求，必須提高綜采綜掘的工藝水平以及成套設備的自動化程度。然而，目前煤礦采掘工作面的采掘比基本維持在1:3.1左右，說明采掘比例失調，且綜掘發展遠滯后于綜采發展。

通過對多個國內煤礦進行調研后得知，掘進施工工藝中的掘進、支護、錨固工藝不能最大限度的平行作業，成為了影響綜掘快速進尺的主要原因之一。因此，掘支錨一體化將是未來巷道掘進的發展趨勢。

目前，國內外對于掘支錨一體化設備的研究較少，大多停留在對現有掘進機進行改造階段，通過加裝支護和錨固設備，雖然在一定程度上實現了掘進效率的提高，但仍然沒有完全實現掘進、支護、錨固工藝的平行作業，同時與之相關的實驗研究更少。

因此，有必要建立一套全新的掘支錨聯合機組實驗裝置，其應具備模擬實現掘進、支護、錨固工藝的平行作業能力，且在模擬巷道掘進過程時能夠進行多種力學試驗，通過對力學試驗中獲得的力學特性進行研究，可為后續產品的研發和應用提供實驗依據。

技術實現要素：

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種掘支錨聯合機組實驗裝置及方法，實驗裝置具備模擬實現掘進、支護、錨固工藝的平行作業能力，且在模擬巷道掘進過程時能夠進行多種相關實驗，通過對相關實驗中獲得的數據和力學特性進行研究，可為后續產品的研發和應用提供實驗依據。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種掘支錨聯合機組實驗裝置，包括模擬巖層、模擬頂板加載機構及掘支錨聯合機組模擬機；所述掘支錨聯合機組模擬機與模擬巖層進行掘進配合，所述模擬頂板加載機構用于向掘支錨聯合機組模擬機提供不同頂板狀態。

所述模擬巖層采用長方體結構，模擬巖層的外形尺寸大于掘支錨聯合機組模擬機的外形尺寸；所述模擬巖層位于掘支錨聯合機組模擬機掘進方向的前端；所述模擬巖層由混凝土、巖塊及煤渣按比例配制并澆注成型制成。

所述模擬頂板加載機構包括籠式支撐框架、模擬頂板加載油缸、油缸安裝板及導軌；所述籠式支撐框架在掘進方向上的兩個端面均為敞開式；所述導軌的數量為兩根，兩根導軌平行于掘進方向，且兩根導軌分別安裝在籠式支撐框架的兩個側向端面上；所述油缸安裝板為扇形結構，且橫跨安裝在兩根導軌之間，且油缸安裝板相對于導軌具有滑動自由度；所述模擬頂板加載油缸安裝在油缸安裝板上，模擬頂板加載油缸數量若干，且在油缸安裝板上均布設置；在所述模擬頂板加載油缸上安裝有第一位移傳感器，通過第一位移傳感器測量模擬頂板加載油缸的活塞桿伸出量；在所述模擬頂板加載油缸的液壓回路上安裝有油壓傳感器。

所述掘支錨聯合機組模擬機包括掘進機、支護組件及錨桿鉆機；所述支護組件采用交替邁步式推移行進結構；所述掘進機位于支護組件在掘進方向上的前部，支護組件在掘進方向上的后部設置有支撐臺，在支撐臺上安裝有運輸機，在掘進機下方安裝有鏟板，鏟板出料口與運輸機進料口相連；所述錨桿鉆機安裝在運輸機兩側的支撐臺上。

所述支護組件分為主支護組件和副支護組件，副支護組件位于主支護組件內側，所述掘進機、支撐臺、運輸機及鏟板均安裝在主支護組件上；所述主支護組件包括主支護底座、主支護立柱、主支護頂梁及主支護縱梁，所述主支護立柱包括主支護立柱基座、主支護立柱油缸及主支護轉接座；所述主支護立柱基座固裝在主支護底座上，主支護立柱油缸固裝在主支護立柱基座上，主支護轉接座固裝在主支護立柱油缸上；所述主支護立柱以兩個為一組，主支護頂梁橫跨安裝在位于同一組內的兩個主支護立柱之間，主支護頂梁與主支護轉接座相鉸接，且相鄰組內的主支護轉接座之間、主支護立柱基座之間均通過主支護縱梁固定連接在一起；所述主支護轉接座在掘進方向上開設有貫通的預留孔；所述副支護組件包括副支護底座、副支護立柱、副支護頂梁及副支護縱梁，所述副支護立柱包括副支護立柱基座、副支護立柱油缸及副支護轉接座；所述副支護立柱基座固裝在副支護底座上，副支護立柱油缸固裝在副支護立柱基座上，副支護轉接座固裝在副支護立柱油缸上；所述副支護立柱以兩個為一組，副支護頂梁橫跨安裝在位于同一組內的兩個副支護立柱之間，副支護頂梁與副支護轉接座相鉸接，且相鄰組內的副支護轉接座之間、副支護立柱基座之間均通過副支護縱梁固定連接在一起；所述副支護轉接座之間的副支護縱梁穿過主支護轉接座的預留孔，且預留孔的孔徑尺寸大于副支護縱梁的外徑尺寸；在所述主支護轉接座與副支護轉接座連接有推移行進驅動油缸。

所述主支護頂梁及副支護頂梁均為拱形梁結構，在主支護頂梁及副支護頂梁頂部均安裝有若干均布的阻尼塊，在阻尼塊與主支護頂梁及副支護頂梁之間加裝有壓力傳感器；所述阻尼塊與模擬頂板加載油缸配合使用；在所述主支護頂梁及副支護頂梁的外表面均貼覆有應變片；在所述主支護立柱油缸及副支護立柱油缸上均安裝有第二位移傳感器，通過第二位移傳感器測量主支護立柱油缸及副支護立柱油缸的活塞桿伸出量；在所述主支護頂梁及副支護頂梁上均安裝有三向加速度傳感器。

所述掘進機包括截割頭、截割臂、回轉臺、滑臺及掘進機底座；所述滑臺設置在掘進機底座上，滑臺相對于掘進機底座具有直線移動自由度，在滑臺與掘進機底座之間連接有滑臺驅動油缸；所述回轉臺設置在滑臺上，回轉臺相對于滑臺具有轉動自由度，在回轉臺與滑臺連接有回轉臺驅動油缸；所述截割臂下端鉸接在回轉臺上，所述截割頭位于截割臂上端，在截割臂中部與回轉臺之間連接有截割臂升降驅動油缸。

采用所述的掘支錨聯合機組實驗裝置的實驗方法，具體為功能性實驗，包括如下步驟：

步驟一：將模擬巖層置于掘支錨聯合機組模擬機掘進方向的前端，同時調整掘支錨聯合機組模擬機與模擬頂板加載機構的相對位置；

步驟二：調整模擬頂板加載機構內油缸安裝板在導軌上的位置，使每個模擬頂板加載油缸與主支護頂梁及副支護頂梁上的阻尼塊一一對應，再調整油液壓力及模擬頂板加載油缸的活塞桿伸出量，以模擬出不同的頂板狀態；

步驟三：分別控制主支護組件和副支護組件內的主支護立柱油缸和副支護立柱油缸動作，使模擬頂板加載油缸的活塞桿與阻尼塊頂靠接觸，實現支護組件對調整模擬頂板加載機構的支撐；

步驟四：啟動掘進機，對截割頭及截割臂的空間位置進行調整，按照設計路線對模擬巖層進行截割，并通過鏟板和運輸機將截割下的巖層碎塊輸送排出；

步驟五：當完成模擬巖層的一層截割后，控制主支護立柱油缸的活塞桿收起，使主支護頂梁上的阻尼塊與模擬頂板加載油缸的活塞桿相分離，同時使主支護底座完全抬離地面，此時推移行進驅動油缸動作，并向前推動主支護組件及其上掘進機、運輸機及鏟板，直到向前推移了一個步距；然后控制主支護立柱油缸的活塞桿伸出，重新使主支護底座支撐到地面上；

步驟六：控制副支護立柱油缸的活塞桿收起，使副支護頂梁上的阻尼塊與模擬頂板加載油缸的活塞桿相分離，同時使副支護底座完全抬離地面，此時推移行進驅動油缸動作，并向前拉動副支護組件，直到向前推移了一個步距；然后控制副支護立柱油缸的活塞桿伸出，重新使副支護底座支撐到地面上；

步驟七：重復步驟二至步驟六，實現掘支錨聯合機組模擬機的連續向前掘進，直到錨桿鉆機移動到模擬巖層的巷道內，再進行錨固作業，直至實驗結束。

采用所述的掘支錨聯合機組實驗裝置的實驗方法，具體為靜力學實驗，包括如下步驟：

步驟一：調整掘支錨聯合機組模擬機與模擬頂板加載機構的相對位置；

步驟二：調整模擬頂板加載機構內油缸安裝板在導軌上的位置，使每個模擬頂板加載油缸與主支護頂梁及副支護頂梁上的阻尼塊一一對應，再調整油液壓力及模擬頂板加載油缸的活塞桿伸出量，以模擬出不同的頂板狀態；

步驟三：控制主支護組件內的主支護立柱油缸動作，使模擬頂板加載油缸的活塞桿與阻尼塊頂靠接觸，實現主支護組件對調整模擬頂板加載機構的支撐；

步驟四：控制模擬頂板加載油缸對主支護頂梁進行加載，加載壓力按照設定的曲線進行變化，并通過油壓傳感器、壓力傳感器及應變片分別進行數據采集，而所采集的數據再統一傳輸到計算機中進行處理分析；

步驟五：控制模擬頂板加載油缸卸荷，控制主支護立柱油缸的活塞桿收起，使主支護頂梁上的阻尼塊與模擬頂板加載油缸的活塞桿相分離；

步驟六：控制副支護組件內的副支護立柱油缸動作，使模擬頂板加載油缸的活塞桿與阻尼塊頂靠接觸，實現副支護組件對調整模擬頂板加載機構的支撐；

步驟七：控制模擬頂板加載油缸對副支護頂梁進行加載，加載壓力按照設定的曲線進行變化，并通過油壓傳感器、壓力傳感器及應變片分別進行數據采集，而所采集的數據再統一傳輸到計算機中進行處理分析；

步驟八：控制模擬頂板加載油缸卸荷，控制副支護立柱油缸的活塞桿收起，使副支護頂梁上的阻尼塊與模擬頂板加載油缸的活塞桿相分離；

步驟九：同步執行步驟三和步驟六，實現主支護組件和副支護組件對調整模擬頂板加載機構的共同支撐；

步驟十：控制模擬頂板加載油缸對主支護頂梁和副支護頂梁進行同步加載，加載壓力按照設定的曲線進行變化，并通過油壓傳感器、壓力傳感器及應變片分別進行數據采集，而所采集的數據再統一傳輸到計算機中進行處理分析；

步驟十一：控制模擬頂板加載油缸卸荷，控制主支護立柱油缸和副支護立柱油缸的活塞桿同步收起，使主支護頂梁和副支護頂梁上的阻尼塊與模擬頂板加載油缸的活塞桿相分離，實驗結束。

采用所述的掘支錨聯合機組實驗裝置的實驗方法，具體為模態分析實驗，包括如下步驟：

步驟一：準備一臺模態分析儀和一把力錘，而力錘將作為激勵源；

步驟二：調整掘支錨聯合機組模擬機與模擬頂板加載機構的相對位置；

步驟三：調整模擬頂板加載機構內油缸安裝板在導軌上的位置，使每個模擬頂板加載油缸與主支護頂梁及副支護頂梁上的阻尼塊一一對應，再調整油液壓力及模擬頂板加載油缸的活塞桿伸出量，以模擬出不同的頂板狀態；

步驟四：此時掘支錨聯合機組模擬機處于未支護和未掘進的自由狀態，然后利用力錘分別對主支護組件和副支護組件施加激勵，并通過三向加速度傳感器采集振動數據，而采集的振動數據再傳輸到模態分析儀中進行處理分析，實現掘支錨聯合機組模擬機在自由狀態下的固有模態測量；

步驟五：控制主支護組件和副支護組件對調整模擬頂板加載機構進行支撐，使掘支錨聯合機組模擬機處于支撐狀態，然后利用力錘分別對主支護組件和副支護組件施加激勵，并通過三向加速度傳感器采集振動數據，而采集的振動數據再傳輸到模態分析儀中進行處理分析，實現掘支錨聯合機組模擬機在支撐狀態下的固有模態測量；

步驟六：主支護組件和副支護組件保持對調整模擬頂板加載機構的支撐狀態，然后啟動掘進機，對截割頭及截割臂的空間位置進行調整，并按照設計路線走行截割軌跡，再利用力錘分別對主支護組件和副支護組件施加激勵，并通過三向加速度傳感器采集振動數據，而采集的振動數據再傳輸到模態分析儀中進行處理分析，實現掘支錨聯合機組模擬機在掘進狀態下的固有模態測量；

步驟六：先控制掘進機停機，再控制模擬頂板加載油缸卸荷，然后撤銷主支護組件和副支護組件對調整模擬頂板加載機構的支撐，實驗結束。

本發明的有益效果：

本發明的掘支錨聯合機組實驗裝置，能夠模擬出不同的頂板狀態，能夠對模擬頂板進行支撐，能夠對模擬巖層進行掘進，并在模擬巖層的巷道內進行錨固作業，而且具備了模擬實現掘進、支護、錨固工藝的平行作業能力。通過本發明的實驗裝置可以實現功能性實驗、靜力學實驗和模態分析實驗，通過對實驗中獲得的數據和力學特性進行研究，可為后續產品的研發和應用提供實驗依據。

附圖說明

圖1為本發明的掘支錨聯合機組實驗裝置的結構示意圖；

圖2為本發明的模擬頂板加載機構的結構示意圖；

圖3為本發明的掘支錨聯合機組模擬機的結構示意圖；

圖4為本發明的主支護組件的結構示意圖；

圖5為本發明的副支護組件的結構示意圖；

圖6為本發明的掘進機的結構示意圖；

圖中，1—模擬巖層，2—模擬頂板加載機構，3—掘支錨聯合機組模擬機，4—籠式支撐框架，5—模擬頂板加載油缸，6—油缸安裝板，7—導軌，8—第一位移傳感器，9—掘進機，10—支護組件，11—錨桿鉆機，12—支撐臺，13—運輸機，14—鏟板，15—主支護底座，16—主支護頂梁，17—主支護縱梁，18—主支護立柱基座，19—主支護立柱油缸，20—主支護轉接座，21—預留孔，22—副支護底座，23—副支護頂梁，24—副支護縱梁，25—副支護立柱基座，26—副支護立柱油缸，27—副支護轉接座，28—阻尼塊，29—壓力傳感器，30—應變片，31—第二位移傳感器，32—三向加速度傳感器，33—推移行進驅動油缸，34—截割頭，35—截割臂，36—回轉臺，37—滑臺，38—掘進機底座，39—滑臺驅動油缸，40—回轉臺驅動油缸，41—截割臂升降驅動油缸。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的詳細說明。

如圖1～6所示，一種掘支錨聯合機組實驗裝置，包括模擬巖層1、模擬頂板加載機構2及掘支錨聯合機組模擬機3；所述掘支錨聯合機組模擬機3與模擬巖層1進行掘進配合，所述模擬頂板加載機構2用于向掘支錨聯合機組模擬機3提供不同頂板狀態。

所述模擬巖層1采用長方體結構，模擬巖層1的外形尺寸大于掘支錨聯合機組模擬機3的外形尺寸；所述模擬巖層1位于掘支錨聯合機組模擬機3掘進方向的前端；所述模擬巖層1由混凝土、巖塊及煤渣按比例配制并澆注成型制成。

所述模擬頂板加載機構2包括籠式支撐框架4、模擬頂板加載油缸5、油缸安裝板6及導軌7；所述籠式支撐框架4在掘進方向上的兩個端面均為敞開式；所述導軌7的數量為兩根，兩根導軌7平行于掘進方向，且兩根導軌7分別安裝在籠式支撐框架4的兩個側向端面上；所述油缸安裝板6為扇形結構，且橫跨安裝在兩根導軌7之間，且油缸安裝板6相對于導軌7具有滑動自由度；所述模擬頂板加載油缸5安裝在油缸安裝板6上，模擬頂板加載油缸5數量若干，且在油缸安裝板6上均布設置；在所述模擬頂板加載油缸5上安裝有第一位移傳感器8，通過第一位移傳感器8測量模擬頂板加載油缸5的活塞桿伸出量；在所述模擬頂板加載油缸5的液壓回路上安裝有油壓傳感器。

所述掘支錨聯合機組模擬機3包括掘進機9、支護組件10及錨桿鉆機11；所述支護組件10采用交替邁步式推移行進結構；所述掘進機9位于支護組件10在掘進方向上的前部，支護組件10在掘進方向上的后部設置有支撐臺12，在支撐臺12上安裝有運輸機13，在掘進機9下方安裝有鏟板14，鏟板14出料口與運輸機13進料口相連；所述錨桿鉆機11安裝在運輸機13兩側的支撐臺12上。

所述支護組件10分為主支護組件和副支護組件，副支護組件位于主支護組件內側，所述掘進機9、支撐臺12、運輸機13及鏟板14均安裝在主支護組件上；所述主支護組件包括主支護底座15、主支護立柱、主支護頂梁16及主支護縱梁17，所述主支護立柱包括主支護立柱基座18、主支護立柱油缸19及主支護轉接座20；所述主支護立柱基座18固裝在主支護底座15上，主支護立柱油缸19固裝在主支護立柱基座18上，主支護轉接座20固裝在主支護立柱油缸19上；所述主支護立柱以兩個為一組，主支護頂梁16橫跨安裝在位于同一組內的兩個主支護立柱之間，主支護頂梁16與主支護轉接座20相鉸接，且相鄰組內的主支護轉接座20之間、主支護立柱基座18之間均通過主支護縱梁17固定連接在一起；所述主支護轉接座20在掘進方向上開設有貫通的預留孔21；所述副支護組件包括副支護底座22、副支護立柱、副支護頂梁23及副支護縱梁24，所述副支護立柱包括副支護立柱基座25、副支護立柱油缸26及副支護轉接座27；所述副支護立柱基座25固裝在副支護底座22上，副支護立柱油缸26固裝在副支護立柱基座25上，副支護轉接座27固裝在副支護立柱油缸26上；所述副支護立柱以兩個為一組，副支護頂梁23橫跨安裝在位于同一組內的兩個副支護立柱之間，副支護頂梁23與副支護轉接座27相鉸接，且相鄰組內的副支護轉接座27之間、副支護立柱基座25之間均通過副支護縱梁24固定連接在一起；所述副支護轉接座27之間的副支護縱梁24穿過主支護轉接座20的預留孔21，且預留孔21的孔徑尺寸大于副支護縱梁24的外徑尺寸；在所述主支護轉接座20與副支護轉接座27連接有推移行進驅動油缸33。

所述主支護頂梁16及副支護頂梁23均為拱形梁結構，在主支護頂梁16及副支護頂梁23頂部均安裝有若干均布的阻尼塊28，在阻尼塊28與主支護頂梁16及副支護頂梁23之間加裝有壓力傳感器29；所述阻尼塊28與模擬頂板加載油缸5配合使用；在所述主支護頂梁16及副支護頂梁23的外表面均貼覆有應變片30；在所述主支護立柱油缸19及副支護立柱油缸26上均安裝有第二位移傳感器31，通過第二位移傳感器31測量主支護立柱油缸19及副支護立柱油缸26的活塞桿伸出量；在所述主支護頂梁16及副支護頂梁23上均安裝有三向加速度傳感器32。

通過油壓傳感器、壓力傳感器29、應變片30、三向加速度傳感器32、第一位移傳感器8及第二位移傳感器31分別進行數據采集，而各個傳感器所采集的數據會統一傳輸到計算機中進行處理分析。

所述支護組件10采用交替邁步式推移行進的工作原理為：首先控制主支護組件的主支護立柱油缸19的活塞桿收起，直到主支護組件的主支護底座15完全抬離地面，此時推移行進驅動油缸33動作，并向前推動主支護組件，當達到一定距離后，再控制主支護立柱油缸19的活塞桿伸出，重新使主支護底座15支撐到地面上，此時主支護組件完成邁步。接下來，首先控制副支護組件的副支護立柱油缸26的活塞桿收起，直到副支護組件的副支護底座22完全抬離地面，此時推移行進驅動油缸33動作，并向前拉動副支護組件，當達到一定距離后，再控制副支護立柱油缸26的活塞桿伸出，重新使副支護底座22支撐到地面上，此時副支護組件完成邁步。如此往復，就可實現支護組件10的交替邁步式推移行進了。

所述模擬頂板加載機構2的工作原理為：首先根據需要調整油缸安裝板6在導軌7上的位置，并根據需要選定模擬頂板加載油缸5的安裝數量和安裝間距，使模擬頂板加載油缸5與主支護頂梁16及副支護頂梁23上的阻尼塊28一一對應，此時只需通過控制油液壓力及模擬頂板加載油缸5的伸出量，就可模擬出不同的頂板狀態。

所述掘進機9包括截割頭34、截割臂35、回轉臺36、滑臺37及掘進機底座38；所述滑臺37設置在掘進機底座38上，滑臺37相對于掘進機底座38具有直線移動自由度，在滑臺37與掘進機底座38之間連接有滑臺驅動油缸39；所述回轉臺36設置在滑臺37上，回轉臺36相對于滑臺37具有轉動自由度，在回轉臺36與滑臺37連接有回轉臺驅動油缸40；所述截割臂35下端鉸接在回轉臺36上，所述截割頭34位于截割臂35上端，在截割臂35中部與回轉臺36之間連接有截割臂升降驅動油缸41。

通過控制截割臂升降驅動油缸41伸縮，可對截割臂35的俯仰角度進行調整；通過控制回轉臺驅動油缸40伸縮，可對截割臂35的水平擺轉角度進行調整；通過控制滑臺驅動油缸39伸縮，可對截割臂35的在掘進方向上的前后位置進行調整；綜合上述截割臂35的位置調整，就可調整截割頭34的空間位置；而截割頭34采用電機驅動，可實現轉向和轉速的調整。

采用所述的掘支錨聯合機組實驗裝置的實驗方法，具體為功能性實驗，包括如下步驟：

步驟一：將模擬巖層1置于掘支錨聯合機組模擬機3掘進方向的前端，同時調整掘支錨聯合機組模擬機3與模擬頂板加載機構2的相對位置；

步驟二：調整模擬頂板加載機構2內油缸安裝板6在導軌7上的位置，使每個模擬頂板加載油缸5與主支護頂梁16及副支護頂梁23上的阻尼塊28一一對應，再調整油液壓力及模擬頂板加載油缸5的活塞桿伸出量，以模擬出不同的頂板狀態；

步驟三：分別控制主支護組件和副支護組件內的主支護立柱油缸19和副支護立柱油缸26動作，使模擬頂板加載油缸5的活塞桿與阻尼塊28頂靠接觸，實現支護組件10對調整模擬頂板加載機構2的支撐；

步驟四：啟動掘進機9，對截割頭34及截割臂35的空間位置進行調整，按照設計路線對模擬巖層1進行截割，并通過鏟板14和運輸機13將截割下的巖層碎塊輸送排出；

步驟五：當完成模擬巖層1的一層截割后，控制主支護立柱油缸19的活塞桿收起，使主支護頂梁16上的阻尼塊28與模擬頂板加載油缸5的活塞桿相分離，同時使主支護底座15完全抬離地面，此時推移行進驅動油缸33動作，并向前推動主支護組件及其上掘進機9、運輸機13及鏟板14，直到向前推移了一個步距；然后控制主支護立柱油缸19的活塞桿伸出，重新使主支護底座15支撐到地面上；

步驟六：控制副支護立柱油缸26的活塞桿收起，使副支護頂梁23上的阻尼塊28與模擬頂板加載油缸5的活塞桿相分離，同時使副支護底座22完全抬離地面，此時推移行進驅動油缸33動作，并向前拉動副支護組件，直到向前推移了一個步距；然后控制副支護立柱油缸26的活塞桿伸出，重新使副支護底座22支撐到地面上；

步驟七：重復步驟二至步驟六，實現掘支錨聯合機組模擬機3的連續向前掘進，直到錨桿鉆機11移動到模擬巖層1的巷道內，再進行錨固作業，直至實驗結束。

通過上述功能性實驗，能夠驗證掘支錨聯合機組模擬機3能否實現掘進、支護及錨固的平行作業，同時驗證掘支錨聯合機組模擬機3的結構設計合理性，并可針對掘進機9的截割范圍與運動空間的合理性、雙截割臂運動干涉性、支護組件10的交替邁步式推移行進方式可行性、錨桿鉆機11的運動空間合理性及運動干涉性等問題開展相應研究。

采用所述的掘支錨聯合機組實驗裝置的實驗方法，具體為靜力學實驗，包括如下步驟：

步驟一：調整掘支錨聯合機組模擬機3與模擬頂板加載機構2的相對位置；

步驟二：調整模擬頂板加載機構2內油缸安裝板6在導軌7上的位置，使每個模擬頂板加載油缸5與主支護頂梁16及副支護頂梁23上的阻尼塊28一一對應，再調整油液壓力及模擬頂板加載油缸5的活塞桿伸出量，以模擬出不同的頂板狀態；

步驟三：控制主支護組件內的主支護立柱油缸19動作，使模擬頂板加載油缸5的活塞桿與阻尼塊28頂靠接觸，實現主支護組件對調整模擬頂板加載機構2的支撐；

步驟四：控制模擬頂板加載油缸5對主支護頂梁16進行加載，加載壓力按照設定的曲線進行變化，并通過油壓傳感器、壓力傳感器29及應變片30分別進行數據采集，而所采集的數據再統一傳輸到計算機中進行處理分析；

步驟五：控制模擬頂板加載油缸5卸荷，控制主支護立柱油缸19的活塞桿收起，使主支護頂梁16上的阻尼塊28與模擬頂板加載油缸5的活塞桿相分離；

步驟六：控制副支護組件內的副支護立柱油缸26動作，使模擬頂板加載油缸5的活塞桿與阻尼塊28頂靠接觸，實現副支護組件對調整模擬頂板加載機構2的支撐；

步驟七：控制模擬頂板加載油缸5對副支護頂梁23進行加載，加載壓力按照設定的曲線進行變化，并通過油壓傳感器、壓力傳感器29及應變片30分別進行數據采集，而所采集的數據再統一傳輸到計算機中進行處理分析；

步驟八：控制模擬頂板加載油缸5卸荷，控制副支護立柱油缸26的活塞桿收起，使副支護頂梁23上的阻尼塊28與模擬頂板加載油缸5的活塞桿相分離；

步驟九：同步執行步驟三和步驟六，實現主支護組件和副支護組件對調整模擬頂板加載機構2的共同支撐；

步驟十：控制模擬頂板加載油缸5對主支護頂梁16和副支護頂梁23進行同步加載，加載壓力按照設定的曲線進行變化，并通過油壓傳感器、壓力傳感器29及應變片30分別進行數據采集，而所采集的數據再統一傳輸到計算機中進行處理分析；

步驟十一：控制模擬頂板加載油缸5卸荷，控制主支護立柱油缸19和副支護立柱油缸26的活塞桿同步收起，使主支護頂梁16和副支護頂梁23上的阻尼塊28與模擬頂板加載油缸5的活塞桿相分離，實驗結束。

通過上述靜力學實驗，能夠測試掘支錨聯合機組模擬機3的力學性能。

采用所述的掘支錨聯合機組實驗裝置的實驗方法，具體為模態分析實驗，包括如下步驟：

步驟一：準備一臺模態分析儀和一把力錘，而力錘將作為激勵源；

步驟二：調整掘支錨聯合機組模擬機3與模擬頂板加載機構2的相對位置；

步驟三：調整模擬頂板加載機構2內油缸安裝板6在導軌7上的位置，使每個模擬頂板加載油缸5與主支護頂梁16及副支護頂梁23上的阻尼塊28一一對應，再調整油液壓力及模擬頂板加載油缸5的活塞桿伸出量，以模擬出不同的頂板狀態；

步驟四：此時掘支錨聯合機組模擬機3處于未支護和未掘進的自由狀態，然后利用力錘分別對主支護組件和副支護組件施加激勵，并通過三向加速度傳感器32采集振動數據，而采集的振動數據再傳輸到模態分析儀中進行處理分析，實現掘支錨聯合機組模擬機3在自由狀態下的固有模態測量；

步驟五：控制主支護組件和副支護組件對調整模擬頂板加載機構2進行支撐，使掘支錨聯合機組模擬機3處于支撐狀態，然后利用力錘分別對主支護組件和副支護組件施加激勵，并通過三向加速度傳感器32采集振動數據，而采集的振動數據再傳輸到模態分析儀中進行處理分析，實現掘支錨聯合機組模擬機3在支撐狀態下的固有模態測量；

步驟六：主支護組件和副支護組件保持對調整模擬頂板加載機構2的支撐狀態，然后啟動掘進機9，對截割頭34及截割臂35的空間位置進行調整，并按照設計路線走行截割軌跡，再利用力錘分別對主支護組件和副支護組件施加激勵，并通過三向加速度傳感器32采集振動數據，而采集的振動數據再傳輸到模態分析儀中進行處理分析，實現掘支錨聯合機組模擬機3在掘進狀態下的固有模態測量；

步驟六：先控制掘進機9停機，再控制模擬頂板加載油缸5卸荷，然后撤銷主支護組件和副支護組件對調整模擬頂板加載機構2的支撐，實驗結束。

實施例中的方案并非用以限制本發明的專利保護范圍，凡未脫離本發明所為的等效實施或變更，均包含于本案的專利范圍中。