[發明專利]一種用于煤層開采相似材料模擬實驗的微型支架

在審

• 申請號: 202010010748.5
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111157348A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 南存全;武小慧;丁維波;王禮江;吳雨笛
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/06;G01N3/02;G01L1/22
• 代理公司: 北京華夏正合知識產權代理事務所(普通合伙) 11017
• 代理人: 陳曉寧;張麗萍

本發明公開了一種用于煤層開采相似材料模擬實驗的微型支架，單個微型支架包括底座、焊接在所述底座上的方形活塞缸體、套接于所述方形活塞缸體內的方形活塞，方形活塞的頂部焊接有頂梁，所述方形活塞的底部橫置一塊彈簧板，彈簧板上粘貼有應變片；每個微型支架的底座和彈簧板之間配置有一個用于控制頂梁的升降的異形凸輪，每個異形凸輪安裝固定在一根轉軸上；相鄰的兩個異形凸輪的安裝角度不一致。本發明可以在煤層開采相似材料模擬過程中為采空區頂板提供支撐力并監測支架所受載荷的大小，以使煤層開采相似材料模擬試驗最大程度貼近于真實煤層綜合機械化采煤過程，彌補以往煤層開采相似材料實驗中由于缺失支架這一重要裝置而產生的實驗誤差。

技術領域

本發明屬于煤礦開采的技術領域，尤其涉及一種用于煤層開采相似材料模擬實驗的微型支架。

背景技術

相似材料模擬實驗是科學試驗的一種，是探索煤層開采過程的覆巖移動規律和礦山壓力顯現規律的一種途徑，用與天然巖體力學性質相似的人工材料，按照礦山實際原型，遵循一定比例縮小做成的模型，然后在模型中開挖巷道或模擬采場開采工作，觀察模型的變形、位移、破壞和壓力等情況，據以分析，推測原型中應力場和位移場的情況。在實際煤層開采過程中，液壓支架是綜采工作面的主要設備，它與采煤機配套使用，實現采煤綜合機械化，起到支護頂板，安全防護的作用。采場支架與頂板巖層組成一個統一的“支架-圍巖”力學系統，在頂板穩定力學機制中，支架起重要作用。支架的力學特性直接影響頂板的活動規律。因此在用相似材料試驗研究采場頂板壓力和活動規律時，應當按照相似理論采用與實際液壓支架力學特性一致或者相似的支架結構進行模擬開采。然而，由于支架模型尺寸太小，長期以來未能研制出滿足相似比的模型支架。同時，模擬支架應當與實際支架具有相似的力學特性。施加支架的力學特性為初撐階段增阻，后期階段恒阻的工作特性。模型與支架在滿足尺寸相似的條件下再滿足與實際支架相似的力學特性。據此，需要一種滿足與實際支架相似的力學特性的模型支架。

發明內容

基于以上現有技術的不足，本發明所解決的技術問題在于提供一種用于煤層開采相似材料模擬實驗的微型支架，可以在煤層開采相似材料模擬過程中為采空區頂板提供支撐力并監測支架所受載荷的大小，以使煤層開采相似材料模擬試驗最大程度貼近于真實煤層綜合機械化采煤過程。

為了解決上述技術問題，本發明通過以下技術方案來實現：本發明提供一種用于煤層開采相似材料模擬實驗的微型支架，單個微型支架包括底座、焊接在所述底座上的方形活塞缸體、套接于所述方形活塞缸體內的方形活塞，所述方形活塞的頂部焊接有頂梁，所述方形活塞的底部橫置一塊彈簧板，所述彈簧板上粘貼有應變片，所述應變片通過導線連接于電阻應變儀；每個微型支架的底座和彈簧板之間配置有一個用于控制頂梁的升降的異形凸輪，每個異形凸輪安裝固定在一根轉軸上；相鄰的兩個異形凸輪的安裝角度不一致。

進一步的，所述異形凸輪由半圓柱體和半橢圓柱體組成，所述半圓柱體的直徑等于所述半橢圓柱體的長軸長度，所述異形凸輪的軸向開有圓孔，該圓孔的中心與所述半圓柱體的中心重合，該圓孔的直徑與所述轉軸的直徑相等，所述異形凸輪的高度小于所述方形活塞的內部尺寸。

進一步的，所述方形活塞缸體的前后兩側設有貫通其上邊緣的倒置的T形缺口，用于安裝和支撐所述轉軸；所述方形活塞缸體的左側或右側設有貫通其上邊緣的矩形缺口，用于安置所述導線。

可選的，所述彈簧板為U型槽狀彈性鋼結構，其槽底的寬度小于所述方形活塞的內寬，其槽幫的高度小于所述異形凸輪的高點到底座的距離與所述頂梁的最大下降量之差，其槽底的長度和厚度按照確定的支架所受模型頂板壓力計算確定；

微型支架支撐力的計算公式為：