一種頂煤放出率與礦壓顯現關系實驗臺及應用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及礦山工程技術領域,尤其涉及一種頂煤放出率與礦壓顯現關系實驗臺及應用方法。
【背景技術】
[0002]近十余年來,頂板事故已占煤礦各類事故的首位。因此預防與控制煤礦頂板事故對于煤礦安全生產具有重大意義。在薄基巖淺埋深厚煤層開采過程中發生過嚴重的頂板事故,尤其是在西部礦區淺埋深、薄基巖、厚松散含水層的條件下,發生過大面積的頂板臺階下沉壓垮工作面支架、工作面漏頂壓垮支架、松散層內滲水引起漏頂潰沙、頂板突然垮落咫風沖擊和切眼冒頂等事故。因此通過相應的實驗臺研究礦區淺埋深、薄基巖、厚松散含水層條件下綜采放頂煤高效開采的頂板事故預測與控制具有重大理論意義與實用價值。基于上述情況,迫切需要一種頂煤放出率與礦壓顯現關系實驗臺,達到精確模擬工作面地質情況,高效精準預測工作面開采事故并采取有效措施避免事故發生的目的。
【發明內容】
[0003]本發明實施例的目的在于提出一種頂煤放出率與礦壓顯現關系實驗臺,通過骨架機構、采煤機構和支護行走放頂煤機構的高效配合,可測量出相同地質條件下不同采放t匕、放煤方式、放煤工藝對頂煤放出率的影響及淺埋深薄基巖厚松散層地質條件下頂煤放出率對工作面礦山壓力顯現的影響,達到精確模擬工作面地質情況,高效精準預測工作面開采事故并采取有效措施避免事故發生的目的。為了實現上述目的,本發明采用如下技術方案:
一種頂煤放出率與礦壓顯現關系實驗臺,包括:
骨架機構,包括連接模板、連接塊、擠壓螺釘、鋼梁、加壓螺桿、加壓千斤頂、四角支柱、模板托架、連接孔,所述擠壓螺釘通過螺空固定于連接塊上并通過其擠壓作用將連接模板固定于連接塊內,所述連接模板根據實驗要求的高度疊放于模板托架上,所述模板托架剛連接于四角支柱中下部,所述四個四角支柱通過加壓螺桿固定成形,所述鋼梁置于頂部加壓螺桿下方,并且其底部連接加壓千斤頂;
采煤機構,包括底板卡槽、底板卡片、條形底板、旋轉軸,所述底板卡槽成排間隔性地置于底部連接模板中下部,所述旋轉軸端部固定于底板卡槽一側邊緣固定于條形底板一邊上,所述底板卡片托起條形底板并嵌于底板卡槽內,通過底板卡片的插拔實現所述條形底板繞旋轉軸的旋轉;
支護行走放頂煤機構,包括液壓支架、行走絲桿、動力傳遞塊、移架放煤絲桿、控制槽、支撐桿、移架塊、承力板、放煤塊、曲柄滑塊機構、曲柄搖桿機構、控制彈簧、前探伸縮梁、放煤口、溜煤槽、滑塊、滑槽、鋼絲,所述行走絲桿兩端通過軸承固定于四角支柱上,內部具有螺紋的動力傳遞塊兩側分別連接行走絲桿和移架放煤絲桿,所述移架滑塊及放煤滑塊內部具有螺紋的一端通過控制槽連接于移架放煤絲桿上,所述放煤滑塊另一端滑嵌于所述曲柄滑塊機構的滑塊上,所述移架滑塊另一端工作時頂撞于承力板上,所述控制槽及曲柄滑塊機構曲柄搖桿機構的部分結構置于支撐桿上,所述曲柄滑塊機構的滑塊通過滑槽置于液壓支架上,所述放煤口為曲柄搖桿機構一連桿,所述溜煤槽滑接于四角支柱下部的鋼絲上,所述前探伸縮梁嵌于液壓支架前梁內部并通過內置的控制彈簧控制其伸縮;
數據采集分析機構,包括應力片、數據線、應力分析儀、超聲波探頭、裂隙高度分析儀,所述應力分析儀通過數據線與置于煤層直接頂中的應力片相連,所述裂隙高度分析儀通過數據線與置于模擬地質體上下部的超聲波探頭相連。
[0004]優選地,所述連接模板通過連接塊上的擠壓螺釘相互伸縮連接,并通過四角支柱疊放于模板托架上。
[0005]優選地,所述四角支柱通過置于連接孔內的加壓螺桿固定成型。
[0006]優選地,所述條形底板材料為高強度鋼材,由嵌于底板卡槽內由高強度材料制成的底板卡片托起,工作時可繞旋轉軸旋轉。
[0007]優選地,所述曲柄滑塊機構一端通過滑嵌槽與放煤滑塊滑嵌連接,另一端通過支撐桿與曲控制放煤口的曲柄搖桿機構相連。
[0008]優選地,所述移架放煤絲桿兩端通過動力傳遞塊與行走絲桿相連,在中間部位通過控制槽外端與移架滑塊相連內端與放煤滑塊相連。
[0009]優選地,所述前探伸縮梁嵌于液壓支架前梁內部并通過內置的控制彈簧控制其伸縮。
[0010]優選地,所述數據采集分析機構中裂隙高度分析儀與應力分析儀均通過數據線分別與應力片及超聲波探頭相連。
[0011]本發明還提出了一種頂煤放出率與礦壓顯現關系實驗臺應用方法,應用上述實驗臺,其包括如下工作步驟:
a、根據實驗要求實驗臺的規模按照骨架機構、采煤機構、支護行走放頂煤機構、鋪設模擬地質體、數據采集分析機構的順序依次組裝實驗臺,并將實驗臺置于水平地面上;
b、利用夾持工具依次拔出底板卡片,放出與條形底板寬度相同的長條形模擬煤塊,并保持煤塊的完整性,與此同時液壓支架前探伸縮梁在控制彈簧作用下自動彈出,用以支護裸露的頂板;
C、旋轉放煤絲桿使的放煤滑塊滑嵌于第一個液壓支架內的曲柄滑塊機構中的滑塊中,旋轉行走絲桿利用動力傳遞塊帶動移架放煤絲桿向后行走一個步距,進而推動曲柄滑塊機構促使曲柄搖桿機構將放煤口打開,進行第一架放頂煤工作;
d、當達到規定頂煤放出率后,旋轉行走絲桿推動移架放煤絲桿向前行走一個步距,帶動曲柄滑塊機構推動曲柄搖桿機構將放煤口關閉,至此第一架放煤工作完成;
e、重復C、d步驟直至完成最后一架放煤工作,并將拔出的底板卡片置于底板卡槽中重新托起放下的條形底板,利用數據采集分析機構觀測記錄相關數據;
f、旋轉行走絲桿利用移架放煤絲桿帶動移架滑塊推動液壓支架前進一個步距,于此同時液壓支架的前探伸縮梁在擠壓作用下自動回收;
g、旋轉行走絲桿利用移架放煤絲桿帶動移架滑塊后退一個步距,并旋轉移架放煤絲桿選擇第二個液壓支架并重復步驟f移動第二個液壓支架;
h、依次重復步驟f、h直至完成最后一架的移動; 1、依次重復步驟a到步驟h,并分析處理相關數據得出相關規律。
[0012]與現有三維模擬試驗臺相比,本發明具有如下優點:
本發明述及的頂煤放出率與礦壓顯現關系實驗臺,通過添加或撤減可伸縮模板實現不同高度要求的煤巖層試驗;可實現不同水平應力的添加;試驗臺有多個部位拼接而成,用完就可拆除,節約空間,便于運輸;通過放出的煤塊研究頂煤放出率與礦山壓力顯現間的關系,形象直觀;可實現支架的自動行走和不同方法下順利放出頂煤;必要時可在拆除部分構件后將試驗后的煤巖層于擠壓式模板連接裝置處一分為二,觀察剖面處實驗情況,通過骨架機構、采煤機構、支護行走放頂煤機構及數據采集分析機構的高效配合,可測量出相同地質條件下不同采放比、放煤方式、放煤工藝對頂煤放出率的影響及淺埋深薄基巖厚松散層地質條件下頂煤放出率對工作面礦山壓力顯現的影響,達到精確模擬工作面地質情況,高效精準預測工作面開采事故并采取有效措施避免事故發生的目的。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明實施例中頂煤放出率與礦壓顯現關系實驗臺的整體結構示意圖。
[0014]圖2為本發明實施例中頂煤放出率與礦壓顯現關系實驗臺的骨架結構圖。
[0015]圖3為本發明實施例中頂煤放出率與礦壓顯現關系實驗臺的放底煤結構圖。
[0016]圖4為本發明實施例中頂煤放出率與礦壓顯現關系實驗臺的液壓支架行走放頂煤結構圖。
[0017]圖5為本發明實施例中頂煤放出率與礦壓顯現關系實驗臺工作時放出煤塊示意圖。
[0018]圖6為本發明實施例中頂煤放出率與礦壓顯現關系實驗臺工作狀態圖。
【具體實施方式】
[0019]結合圖1、圖2所示,一種頂煤放出率與礦壓顯現關系實驗臺,包括骨架機構、采煤機構、支護行走放頂煤機構及數據采集分析機構,通過各機構的高效配合,可測量出相同地質條件下不同采放比、放煤方式、放煤工藝對頂煤放出率的影響及淺埋深薄基巖厚松散層地質條件下頂煤放出率對工作面礦山壓力顯現的影響。
[0020]骨架機構中,所述擠壓螺釘111固定于連接塊113上的內置螺紋中并通過其擠壓作用將連接模板112固定于連接塊113內,所述連接模板112根據實驗要求的高度疊放于模板托架51上,所述模板托架51剛連接于四角支柱5中下部,所述四個四角支柱5通過加壓螺桿3固定成形,所述鋼梁2置于頂部加壓螺桿3下方,并且其底部連接加壓千斤頂4 ;
采煤機構中,所述底板卡槽7成排間隔性地置于底部連接模板112中下部,所述旋轉軸61端部置于底板卡槽7 —側邊緣固定于條形底板6 —邊上,所述底板卡片71托起條形底板6并嵌于底板卡槽7內,通過底板卡片71的插拔實現所述條形底板6繞旋轉軸61的旋轉;支護行走放頂煤機構中,所述行走絲桿8兩端通過軸承固定于四角支柱5上,內部具有螺紋的動力傳遞塊81兩側分別連接行走絲桿8和移架放煤絲桿91,所述移架滑塊93及放煤滑塊92內部具有螺紋的一端通過控制槽912連接于移架放煤絲桿91上,所述放煤滑塊93另一端滑嵌于所述曲柄滑塊機構98的滑塊981上,所述移架滑塊92另一端工作時頂撞于承力板910上,所述控制槽912及曲柄滑塊機構98曲柄搖桿機構97的部分結構置于支撐桿95上,所述曲柄滑塊機構98的滑塊981通過滑槽982置于液壓支架13上,所述放煤口 96為曲柄搖桿機構97