[發明專利]一種物理相似模擬試驗的自動連續開挖裝置

在審

• 申請號: 201711217353.7
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN107965321A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 李根生;曾強;董敬宣;趙龍輝;高坡
• 申請（專利權）人: 新疆大學
• 主分類號: E21C27/22
• 分類號: E21C27/22;E21C35/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種物理相似模擬試驗的煤層開挖裝置，尤其是一種自動連續控制裝置，用于物理相似模擬試驗實現連續自動開挖以提高試驗結果的準確性。

背景技術

由于采礦地質條件的復雜多變，采礦工程力學問題影響因素眾多，各礦山開采技術復雜多變，單憑數值模擬達不到令人滿意的結果，且不能完整準確的反映具體條件與采礦過程中由于采動引起的巖層運動，因此，我國1958年引進物理相似模擬實驗，憑借其在反映采動過程中巖層運動的準確及可靠性優勢，在我國礦業研究過程中，物理相似模擬研究依然在各科研工作中占據重要地位，現已逐步夸大至煤炭科學研究院、各煤炭高校以及冶金、建筑、水利、工程地質等部門。

目前，物理相似模擬試驗開挖過程基本為人工開挖，開采的自動連續性、可控性及質量方面較差，易對頂板造成二次破壞，不能真實的模擬井下綜采工作面的連續推進過程，對模擬結果的精確性存在不利影響，或在建立模型過程中預先放置一定寬高（寬高分別代表推進距離和采高）的薄板代表煤層，開挖過程則為依次抽取薄板，若煤層埋深大則開挖較困難，開挖過程對模型整體的擾動較大，且開挖過程不能實現連續性，亦不能體現推進過程的時間效應，開挖過程易對直接頂產生水平橫向拉伸破壞，并將頂底板巖層帶出工作面，可控性較差。

為實現物理相似模擬試驗煤層開挖過程中的自動連續性，提高模擬結果準確性為出發點和立足點。本裝置在開挖過程中的主要優點：1.能夠實現走向方向自動連續開挖；2.采用螺旋鉆開挖可提高開挖效率及質量，開挖面均勻，對圍巖的擾動及破壞程度小；3.利用螺旋鉆旋轉原理及輔助旋出裝置可將切落的煤炭運出工作面，替代了工作面刮板輸送機；4.能與當前物理相似模擬試驗架配合使用，根據模擬不同采高可更換不同直徑的鉆桿，根據開挖位置，可調整旋轉支架的角度；5.根據開挖時間及推進長度，可在程序中進行設置；6.裝置簡單，易操作，靈活性好，可提高試驗結果的準確性。

發明內容

技術問題：本專利目的為解決現今物理相似模擬試驗開挖過程非自動、非連續性及時間、距離不可控問題，可實現物理相似模擬試驗自動連續性開挖，結構及操作簡單，開挖效果、靈活性及可控性好，進而提高模擬結果的準確性。

技術方案：本發明物理相似模擬試驗自動連續開挖裝置，包括帶開挖片的螺旋鉆桿、可旋轉螺旋桿支桿、傳動裝置、電動機、C型鋼、水平前進輪、掩護板、控制臺、端部切割片、輔助旋出裝置、距離傳感器。所述帶開挖片的螺旋鉆桿作用為開挖煤層，并借助鉆桿的旋轉力及輔助旋出裝置將切落的煤炭運出工作面，其包含直徑各不相同的螺旋鉆桿，根據采厚不同選擇相應直徑鉆桿。可旋轉螺旋鉆桿支桿可繞一點旋轉，起到靈活調節開挖位置的作用。傳動裝置的作用即將電動機的動能傳至螺旋鉆桿，同時，電動機提供整個裝置前進的動力。C型鋼導軌作用為在一側提供水平方向的前進軌道，垂直方向固定整個裝置。掩護板的作用與工作面液壓支架擋板作用相同。輔助旋出裝置的作用是將切落的煤炭運出工作面。控制臺的作用為控制電動機開、關、點動、轉速及前進距離。

有益效果：本發明應用于采礦工程物理相似模擬試驗的開挖階段，通過程序控制、帶切割片的螺旋鉆桿開挖、掩護板支撐、輔助旋出裝置運送等實現了實際工作面開采過程，操作簡單，開挖質量及靈活性好，過程可控，對圍巖應力場的二次擾動小，同時通過螺旋鉆桿裝置提供的旋轉力及輔助旋出裝置將切落的煤炭及時運出工作面，保證了采空區的自由垮落空間，提高了物理相似模擬試驗結果的準確性。

本發明主要應用于采礦工程物理相似模擬試驗，可與現今各試架配合使用，待模型處于開挖階段時，安裝該裝置，模擬不同采高、不同煤層傾角、不同推進速度及開挖距離等，可提高開挖效率、節約人工。

附圖說明

為更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例現有技術描述中所需要使用的附圖作簡要地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發明一種物理相似模擬試驗自動連續開挖裝置結構正視圖；

圖2是本發明一種物理相似模擬試驗自動連續開挖裝置結構側視圖；

圖3是本發明一種物理相似模擬試驗自動連續開挖裝置結構俯視圖；

圖4是本發明帶切割片的螺旋鉆桿平面圖；

圖5是本發明總控制臺平面圖。

圖6是本發明一種物理相似模擬試驗自動連續開挖裝置摘要附圖。