[發明專利]傾角可調的綜放長壁頂煤放出三維模擬實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201310655269.9
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN103728147A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 王家臣;潘衛東;李兆龍;張錦旺
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 毛燕生

技術領域

本發明涉及一種傾角可調的綜放長壁頂煤放出三維模擬實驗裝置及方法，用于研究綜放開采工作面的頂煤運移規律。?

背景技術

煤炭作為一次性基礎能源在我國能源結構中占有70%以上的比例，其中厚煤層（厚度≥3.5m）的產量占據煤炭總量的45%左右，儲量也約占全部煤層儲量的44%，因此針對厚煤層的開采技術得到了較大的發展。?

較之于分層開采和大采高，綜放開采因具有高產、高效的優勢而得到了廣泛的應用，現已成為我國厚煤層的主要采煤方法。現有技術的綜放開采存在的最根本的缺陷是頂煤回收率較低，因此如何對綜放開采進行更合理的優化來提高頂煤回收率，是所屬領域當前研究的熱題。而散體頂煤放出規律的研究頂煤開采研究的核心內容。?

國內外對頂煤放出規律的研究，主要是通過有限元或者離散元計算機數值進行相似模擬，而現有技術的室內相似模擬實驗多采用水平相似模擬實驗臺，所得試驗結果和實驗結論僅適用于水平情況下對現場的模擬，因此只能實現二維數值模擬，無法模擬不同賦存條件，不同?角度下煤層的狀態，如各種傾角開采，以及仰斜和俯斜開采時煤層的狀態。?

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種傾角可調的綜放長壁頂煤放出三維模擬實驗裝置及模擬方法，通過模擬煤層傾角的變化，更加真實地還原出長壁采煤法的實際開采現場。?

本發明采用的具體技術方案為：一種傾角可調的綜放長壁頂煤放出三維模擬實驗裝置，包括實驗裝置箱體和實驗裝置底座；所述實驗裝置箱體由左-右-后方的三面金屬板和前方的玻璃板圍成，所述玻璃板或者金屬板上固定有實時顯示抬升角度的雙軸數顯水平儀；所述底座包括平行設置的分別代表煤層角鋼和頂煤角鋼的可抽動的不銹鋼盒和角鋼，所述不銹鋼盒和角鋼的左側通過綜放支架連接，所述不銹鋼盒和角鋼均為縱向排列；所述實驗裝置箱體放置于所述實驗裝置底座之上，通過千斤頂抬升角度。?

所述箱體與底座四周的接觸邊緣每側設有兩個門軸，作為抬升過程中的支點。?

所述箱體的側棱每隔20cm設有三角鐵片，用于標示高度和加固所述箱體。?

在所述金屬板頂端加裝吊裝環，吊裝架上設有滑輪，吊裝鐵鏈穿入吊裝環中，滑輪通過吊裝鐵鏈吊住所述箱體。?

所述模擬實驗裝置包含兩組千斤頂，所述每組千斤頂由1號、2?號和3號千斤頂組成，所述1號、2號和3號千斤頂為按照由小到大依次排列的型號，每次實驗中同型號的兩個千斤頂安裝于相鄰的一組二級平臺上。?

一種傾角可調的綜放長壁頂煤放出三維模擬實驗方法，包括將實驗裝置箱體傾斜抬升和前后抬升，所述傾斜抬升模擬仰斜或者俯斜開采時煤層的狀態，所述前后抬升模擬不同傾角開采時煤層的狀態；所述抬升的具體步驟為：?

步驟1、將兩個1號千斤頂分別置于相鄰的兩個二級平臺上，所述兩個1號千斤頂同步抬升，實現較小傾角的傾斜，或者抬升至實驗裝置箱體和二級平臺的空隙達到足以放置2號千斤頂的最低位，同時保持所述實驗裝置箱體穩定，抬升過程中同時保持所述實驗裝置箱體穩定和吊裝鐵鏈拉緊；?

步驟2、所述兩個1號千斤頂抬升至實驗裝置箱體和二級平臺的空隙達到足以放置2號千斤頂的最低位后，將兩個2號千斤頂置于所述兩個二級平臺，所述兩個2號千斤頂同步抬升，實現較大傾角的傾斜，或者抬升至實驗裝置箱體和二級平臺的空隙達到足以放置2號千斤頂的最低位，抬升過程中同時保持所述實驗裝置箱體穩定和吊裝鐵鏈拉緊；?

步驟3、所述兩個2號千斤頂抬升至實驗裝置箱體和二級平臺的空隙達到足以放置3號千斤頂的最低位后，將兩個3號千斤頂置于所述兩個二級平臺，替換所述兩個1號千斤頂同步抬升，實現大傾角的傾?斜，抬升過程中同時保持所述實驗裝置箱體穩定和吊裝鐵鏈拉緊；?

根據抬升的角度，選擇步驟1-3中的一部分，按照與上述步驟相反的步驟，卸下千斤頂，實驗裝置箱體回歸水平位。?

雙軸數顯水平儀實時顯示抬升角度。?

所述方法可以實現綜采放頂煤走向長壁采煤法55°以下任意煤層角度的模擬。?

所述方法尤其可以實現綜采放頂煤走向長壁采煤法45°-55°大傾角煤層開采的模擬。?

所述方法可以實現綜采放頂煤傾斜長壁采煤法33°以下任意煤層角度的模擬。?

本發明產生的有益效果是：?

1、由于實驗裝置可變傾角，通過抬升不同部位不同角度，可以模擬包括仰斜、俯斜開采和不同傾角開采時的不同賦存條件和角度下煤層的狀態，更接近實際狀態下的煤層開采，有利于對綜放煤層的研究；?