[發明專利]一種工作面煤壁穩定性控制模擬實驗臺及應用方法

有效

• 申請號: 201410769492.0
• 申請日: 2014-12-15
• 公開（公告）號: CN104458418A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 王家臣;楊勝利;孔德中;張通;田中磊;孫少龍;程占博
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學(北京)
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及礦山工程技術領域，尤其涉及一種工作面煤壁穩定性控制模擬實驗臺及應用方法。

背景技術

近年來，隨著綜合機械化水平的不斷提高，大采高綜采技術逐漸成為我國厚煤層開采的重要發展方向。隨著長壁工作面一次采出厚度越來越大，開采的強度越來越高，開采強度的提高也引發了一些新的問題，煤壁片幫、端面冒頂事故頻繁發生，成為制約大采高工作面安全、高效快速推進的關鍵因素。煤壁片幫不僅會影響到安全生產的正常進行，同時也會對采場內工人的人身安全造成嚴重的威脅。因此，煤壁穩定性控制是大采高采場圍巖控制的重點。國內外對煤壁穩定性的研究大都集中在理論分析和數值模擬和少量的二維平面物理模型上，很少對各因素影響下工作面煤壁穩定性進行系統研究。基于上述情況，迫切需要一種煤壁穩定性控制模擬實驗臺，達到精確測量煤壁穩定性與采高、煤體強度、液壓支架工作阻力、頂板壓力間的關系，確定在一定頂板壓力及煤體強度下保持煤壁穩定性的合理采高、液壓支架工作阻力，為煤壁片幫防治、采場頂板載荷估算、三機配套選型等提供依據，實現采煤工作面安全高效開采。

發明內容

本發明實施例的目的在于提出一種工作面煤壁穩定性控制模擬實驗臺，通過基座機構、承載機構、加壓機構的高效配合，實驗中可得到不同采高、不同煤體強度、不同液壓支架工作阻力、不同頂板壓力下煤壁變形和破壞特征，達到精確測量煤壁穩定性與采高、煤體強度、液壓支架工作阻力、頂板壓力間的關系，確定在一定頂板壓力及煤體強度下保持煤壁穩定性的合理采高、液壓支架工作阻力，為煤壁片幫防治、采場頂板載荷估算、三機配套選型等提供依據，實現工作面安全高效開采。為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種工作面煤壁穩定性控制模擬實驗臺，包括:

???????基座機構，包括基座、調斜千斤頂、連接槽孔、連接軸；承載機構，包括承載臺、側護板、耳環、后罩、有機玻璃擋板、液壓支架、反連接槽孔、連接孔、螺孔、螺桿、角鋼；加壓機構，包括橫梁、縱梁、加載千斤頂、加載板、拉桿、拉桿連接孔、緊固螺母，所述調斜千斤頂下部與基座后部兩側相連，上部與承載臺相連，所述基座利用連接槽孔與反連接槽孔通過連接軸與承載臺前端鉸鏈結，所述側護板通過角鋼與承載臺焊接，所述耳環焊接于側護板上端，所述后罩利用螺孔螺桿連接于側護板后側，所述有機玻璃擋板利用螺孔螺桿連接于側護板前側，所述橫梁與側護板焊接，所述縱梁后端與橫梁焊接前端通過拉桿連接孔及緊固螺母與拉桿上端相連，所述拉桿下端通過連接孔及緊固螺母與承載臺前端相連，所述加載千斤頂中部與縱梁焊接下端與加載板剛連接，所述液壓支架置于承載臺前端加載板下部緊鄰有機玻璃擋板。

優選地，所述加載千斤頂置于縱梁中部，通過加載板對模擬煤壁進行自動加壓。

優選地，所述加載板材料為高強度高剛度鋼板，其前部邊緣與側護板中部齊平，后部與液壓支架尾部平齊，左右與側護板留一定的距離。

優選地，所述側護板材料高強度高剛度鋼板，其后端與承載臺平齊，前端與承載臺中部平齊。

優選地，所述液壓支架由高強度不銹鋼做成，根據實驗要求具有一定初撐力，且能通過支柱的壓縮變形顯現出支架的工作阻力。

優選地，所述后罩利用周邊螺孔及側護板后端螺孔通過螺桿連接于側護板后端，根據實驗要求在風干實驗模型時，拆卸后罩，加載時裝上后罩。

優選地，所述有機玻璃擋板利用有機玻璃擋板周邊螺孔及側護板前端螺孔通過螺桿連接于側護板前端，可根據實驗要求進行安裝、拆卸。

本發明還提出了一種工作面煤壁穩定性控制模擬實驗臺應用方法，應用上述實驗臺，其包括如下工作步驟：

a、實驗前對實驗臺各零部件進行安全檢查，排除安全隱患，調整實驗臺至實驗要求狀態；

b、按照實驗要求與相似比例，利用沙子、石膏、石灰、水等材料配制模擬煤體材料；

c、按照幾何相似比1:5~1:20的規格將配制的模擬煤體材料放入由承載臺、側護板、有機玻璃擋板、加載板形成的空間內；

d、按照實驗要求利用加載千斤頂通過加載板將模擬煤體材料夯實，靜置12小時待煤壁成型，拆除有機玻璃擋板和后罩板進行風干；

e、待模型風干后，裝上后罩恢復煤壁原有的邊界條件并將液壓支架置于煤壁前端，并給予一定初撐力；

f、利用加載千斤頂通過加載板對模擬煤體材料進行逐級加壓，同時觀察記錄煤壁變形和破壞特征與加載壓力、液壓支架工作阻力間的關系；

g、進行不同采高、不同煤體強度、不同液壓支架工作阻力、不同頂板壓力的組合重復步驟b至f；