[發(fā)明專利]綜放開采頂煤放出三維模擬實驗平臺及實驗方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210155046.1
• 申請日: 2012-05-17
• 公開（公告）號: CN102749432A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發(fā)明（設計）人: 王家臣;魏立科;潘衛(wèi)東;楊勝利;趙洪寶
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學（北京）
• 主分類號: G01N33/22
• 分類號: G01N33/22
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 毛燕生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種綜放開采頂煤放出三維模擬實驗平臺及實驗方法，用于研究煤礦綜放開采工作面中采放比、放煤方式、放煤工藝、支架尾梁傾角、放煤口大小、破碎頂煤粒徑等因素對綜放工作面頂煤回收率的影響以及驗證現(xiàn)場頂煤跟蹤儀的空間布置對頂煤回收率現(xiàn)場實測精度的影響。

背景技術(shù)

綜放工作面頂煤運移規(guī)律是一個復雜的散體力學與運動的過程，從而導致現(xiàn)階段無法對不同條件的工作面頂煤回收率進行很好的預評估。現(xiàn)場對頂煤回收率的實測一般也很難精確，只能通過頂煤跟蹤儀等方式進行間接測量。因此，對頂煤回收率的預評估現(xiàn)階段也只能通過數(shù)值模擬和相似模擬進行。一些學者雖在實驗室內(nèi)進行了相似模擬實驗，但模擬過程都沒有很好的避免實驗過程導致的冒頂和消除實驗臺邊界對頂煤回收率的影響，更沒有對現(xiàn)場頂煤跟蹤儀的空間位置的優(yōu)化作出評判。

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，提供一種綜放開采頂煤放出三維模擬實驗平臺及實驗方法，利用該平臺可以統(tǒng)計不同條件下頂煤的回收率大小，觀察采場殘煤形態(tài)，優(yōu)化現(xiàn)場測試頂煤回收率的跟蹤儀空間布置位置。

為解決上述技術(shù)問題，實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種綜放開采頂煤放出三維模擬實驗平臺，包括有機玻璃板和金屬板組合的箱體，箱體內(nèi)設有可抽動底板，一可在可抽動底板上移動的綜放支架，綜放支架緊靠一與可抽動底板平行設置的可抽動直接頂；其中，綜放支架沿可抽動直接頂?shù)目v向平行均布，綜放支架包括一主體框架，主體框架一側(cè)設有可翻轉(zhuǎn)的放煤擋板；可抽動底板與可抽動直接頂均為條形板排列形成。

所述的主體框架包括一底座，底座上固定有一支撐柱，支撐柱頂端設有一平板，平板通過一斜板與所述的框架側(cè)邊的放煤擋板鉸接，放煤擋板的底部鉸接有放煤控制桿，放煤控制桿的另一端可滑動的抵在支撐柱上。

所述的可抽動直接頂和可抽動底板與采煤機的截深匹配。

本發(fā)明還提供了一種采用前述的實驗平臺的一種綜放開采頂煤放出三維模擬實驗方法，包括如下步驟：

a）準備相似模擬材料：選擇粒徑比與現(xiàn)場破碎頂煤和破碎頂板符合相似條件的散體材料，做實驗測試出模擬破碎頂煤的散體材料的自然安息角θ；

b）鋪設散體材料：確定預先想測試的頂煤跟蹤儀的空間布局，將確定好粒徑比的散體材料均勻鋪在實驗平臺箱體內(nèi)，當鋪設到預先設定好頂煤跟蹤儀要放置的層位時，按照對應的空間位置放置模擬頂煤跟蹤儀的標志點，其中，根據(jù)采放比確定頂煤散體材料鋪設的厚度；

c）確定放煤邊界；根據(jù)公式（1）和公式（2）計算出放煤過程留設的煤柱距離，

L0＝TANθ×H????（1）；

L3＝TANθ×H????（2）；

其中，θ為模擬破碎頂煤的散體材料的自然安息角，H為模擬破碎頂煤的散體材料的鋪設厚度；

L0為平行于工作面方向的留設煤柱距離，L3為沿工作面推進方向留設煤柱距離，L0、L3距離之外為放煤的邊界；

d）放煤：從留設煤柱距離L0范圍外對應的第一個綜放支架開始放煤，打開綜合支架的放煤口，直到在放煤口看見模擬頂板巖石的散體顆粒出現(xiàn)時，關(guān)閉放煤口，依次完成放煤邊界內(nèi)的綜放支架的放煤動作；

e）移架：抽出完成放煤的可抽動直接頂，將所有綜放支架沿工作面移動到下一個可抽動直接頂，重復步驟d），直至綜放支架移動至留設的煤柱距離L3處；

f）計算頂煤回收率：用金屬片插入殘煤中，隔出已放煤的邊界，取出被金屬板隔出的區(qū)域內(nèi)模擬頂煤的實驗散體物質(zhì)，并稱其重量得到m_s，利用公式（3）計算出頂煤回收率S；

S=msρ×L1×L2×H---(3);]]>

其中：ρ為模擬煤炭散體的密度；