一種服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及礦山機械領域，特別是涉及一種用于模擬現場采煤的服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]相似模擬模型和裝置用于模擬地下煤層開挖過程，通過模擬人工開挖煤層及煤層上方巖層的變化情況，來推測實際開挖過程中煤層頂板巖層的變化情況，所以稱之為相似模型。
[0003]但是現有技術中的相似模型存在如下缺陷:
[0004]首先，開挖過程為人工拿細鐵棍開挖，一般為每隔兩個小時開挖一定距離煤層(如50mm左右)，這種方法不符合相似模擬的相似推采速度(按照100:1的相似比，這就意味著煤炭一下往前推采5m，這是不科學的)，即按照一定的速度開挖，且一般一個模型需要三天三夜以上時間連續(xù)開挖，這又要求實驗人員在晚上還需要每隔兩個小時開挖一次，一個實驗一般需要3-5名開挖人員，工作量非常大，非常不便。
[0005]第二，工作人員在開挖時，由于相似模型裝置一般寬300mm，在中間部位模型相對堅硬且看不清，經常挖錯頂板或者底板等，對于實驗的結果影響較大。
[0006]第三，有時候模型相對堅硬，需要使用很大的力氣才能挖動，在模型中間部位，甚至需要敲打才能挖動，這種震動、敲打或者無意識的觸碰到頂板，都相當于實際生產中很大的沖擊地壓的影響，因此對于某些研究頂板結構的實驗等結果影響較大。
[0007]最后，相似模擬目前主要研究頂底板的應力特征，頂板的垮落特征等，但是目前還沒有能夠模擬工作面采場支架模擬裝置以及它的運移和應力監(jiān)測系統(tǒng)和方法，對于相似模擬實驗的結果影響較大。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種可以提高實驗準確性，大大降低工作強度，使實驗更加智能化的服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)。
[0009]—種服務煤礦生產的米煤支護模擬系統(tǒng)，設置在相似模擬模型中，所述相似模擬模型包括架體、設置在所述架體上的煤層及設置在其底部的兩側的支撐桿，設置于所述煤層上部和下部的其他巖層，所述服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)設置在所述煤層中，在所述支撐桿上運行，所述服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)包括采煤模擬裝置和位于其后側的液壓支架模擬裝置，所述液壓支架模擬裝置包括底板、頂板、應力計量器、驅動裝置和擋板，其中，所述應力計量器的頂部和底部分別與所述頂板和底板連接，所述擋板的上端與所述頂板的后端相連，所述擋板與所述頂板之間的角度為鈍角，驅動裝置驅動所述液壓支架模擬裝置移動；所述頂板與水平面之間的角度為5°，頂板的后端高于前端，所述擋板與所述頂板之間的角度為150°，
[0010]本發(fā)明所述的服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)，其中所述應力計量器包括第一殼體和設置在其內部的內柱，所述內柱可在所述第一殼體內自由上下滑動，所述內柱的頂部與所述頂板固定連接，在所述第一殼體的底端連接有應變膜，并且所述應變膜覆蓋所述第一殼體的底端，所述應變膜、所述第一殼體和所述內柱之間形成氣腔，在所述氣腔內設置有氣囊，所述氣囊由塑膠膜密封而成，所述應變膜通過數據線與應變儀連接，所述應變儀與計算機連接。
[0011]本發(fā)明所述的服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)，其中所述第一殼體的底端連接第二殼體，所述第二殼體的厚度小于所述第一殼體的厚度，所述第二殼體的底端連接支撐板；
[0012]所述內柱、所述第一殼體、所述第二殼體均為圓柱形，所述數據線的一端接頭設置在所述第一殼體的底端上的所述應變膜上，所述第二殼體上設置有通孔，所述數據線的另一端從所述通孔中穿出，與所述應變儀相連；在所述第二殼體上均勻設置有多個透氣孔。
[0013]本發(fā)明所述的服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)，其中所述應力計量器還包括高度調節(jié)裝置，所述高度調節(jié)裝置由螺紋連接的外螺旋桿和內螺旋桿構成，所述內螺旋桿的下端固定在所述底板上，所述外螺旋桿的上端與所述支撐板相連，在所述支撐板的邊緣設置有卡槽，所述外螺旋桿的頂部固定有與所述卡槽相配合的卡片，所述卡片設置在所述卡槽內，并可在所述卡槽內自由轉動。
[0014]本發(fā)明所述的服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)，其中所述內柱的前端與所述頂板的前端之間的距離為45mm，所述擋板的底端距離所述底板的后端之間的水平距離為15mm0
[0015]本發(fā)明所述的服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)，其中，在自由狀態(tài)下，所述內柱的頂端與所述第一殼體的頂端之間的距離為7mm，所述內柱的直徑為8mm，高度為15mm，所述第一殼體的厚度為5.5mm，所述第二殼體的厚度為2mm，外徑與所述第一殼體的外徑一致，所述高度調節(jié)裝置的高度為15mm，所述底板的長度為65mm，所述頂板的長度為70mm，所述擋板的長度為60mm，在所述底板的底部設置有輪體，所述輪體與所述驅動裝置相連。
[0016]本發(fā)明所述的服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)，其中，所述應力計量器為并排設置的兩個。
[0017]本發(fā)明所述的服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)，其中，所述采煤機模擬裝置包括滾筒、滾筒驅動裝置、采煤機驅動裝置，所述滾筒分為左右對稱的兩部分，中間為齒輪螺紋，與所述滾筒驅動裝置相連，在所述滾筒上設置有螺旋葉片，在所述螺旋葉片的邊緣均勻設置有釘齒，所述釘齒具有銳利的尖部，且尖部方向向外設置，左右兩部分滾筒上的螺旋葉片的旋轉方向反向設置，即相對于所述齒輪螺紋對稱設置。
[0018]本發(fā)明所述的服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)，其中，在所述滾筒上均勻設置有多個煤刷，所述煤刷的長度同所述螺旋葉片的高度長2mm ;所述采煤機模擬裝置還包括輪體，所述輪體與所述采煤機驅動裝置相連。
[0019]本發(fā)明所述的服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)，其中，所述應力計量器為并排設置的兩個。
[0020]本發(fā)明所述的服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)的使用方法，包括如下步驟:
[0021](A)準備好實驗工具、材料和儀器設備；
[0022](B)按照相似原理，分層鋪設需要模擬的煤巖層，要保證鋪設的煤巖層層面平直，在需要監(jiān)測應力的巖層鋪設應變片，將所述應變片的數據線都引向一側，從相似模擬裝置兩側圓孔中穿出，同時安裝側護板；
[0023](C)風干、養(yǎng)護模型一周，期間將相似模擬裝置的部分側護板和煤層對應的兩側側護板卸下；
[0024](D)補償缺少的載荷，通過杠桿或者配重鐵塊，加于上覆巖層層面之上以補償缺失的載荷；
[0025](E)在相似模擬裝置上安裝支撐架，所述支撐架與煤層底板平行，設置在所述煤層的兩側，兩側支撐架距離所述服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)各15mm ;
[0026](F)人工開挖一個130_長的切眼，安裝整套裝置，調整螺旋桿高度，使頂板液壓支架模擬裝置頂板與煤層頂板接觸，根據煤礦實際開采速度，移架距離確定裝置參數，連接數據線，接通電源，開挖模型；
[0027](G)開挖過程中，對頂板壓力和頂板離層數據進行監(jiān)測、儲存并對結果進行最后分析。
[0028]本發(fā)明服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)與現有技術不同之處在于:
[0029]本發(fā)明服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)具有如下優(yōu)點:
[0030]首先，設計了自動開挖、自動推進的采煤模擬裝置，可以實現完全模擬煤炭實際開采速度開挖煤層。無需人工操作，提高了實驗的科學性，并且節(jié)省了大量人工作業(yè)量；
[0031]其次，設計了可監(jiān)測頂板壓力的液壓支架模擬裝置，可以監(jiān)測煤層開挖后頂板應力特征，與實際監(jiān)測值作為對比，可以很好地反應相似模擬結果準確度；
[0032]最后，設計了液壓支架驅動裝置，可以模擬煤礦實際移架情況來推動支架，可以更大程度提高相似模擬實驗的準確度。
[0033]下面結合附圖對本發(fā)明的服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)作進一步說明。
【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)的立體結構示意圖；
[0035]圖2為本發(fā)明服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)的側視圖；
[0036]圖3為本發(fā)明服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)的應力計量器的結構示意圖；
[0037]圖4為本發(fā)明服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)的采煤機的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0038]實施例1
[0039]如圖1?圖4所示，一種服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)，設置在相似模擬模型中，相似模擬模型包括架體、設置在架體上的煤層及設置在其底部的兩側的支撐桿，設置于煤層上部和下部的其他巖層，服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)設置在煤層中，在支撐桿上運行，服務煤礦生產的采煤支護模擬系統(tǒng)包括采煤模擬裝置和位于其后側的液壓支架模擬裝置，液壓支架模擬裝置包括底板1、頂板2、應力計量器、驅動裝置和擋板3，其中，應力計量器的頂部和底部分別與頂板2和底板1連接，擋板3的上端與頂板2的后端相連，擋板3與頂板2之間的角度為鈍角，驅動裝置驅動液壓支架模擬裝置移動。
[0040]應力計量器為并排設置的兩個，應力計量器包括第一殼體4和設置在其內部的內柱5，內柱5可在第一殼體4內自由上下滑動，與外圍外殼滑動摩擦，內柱與外殼表面均十分光滑，摩擦力極小，不影響應力測量；內柱5的頂部與頂板2固定連接，在第一殼體4的底端連接有應變膜6，并且應變膜6覆蓋第一殼體4的底端，應變膜6、第一殼體4和內柱5之間形成氣腔，在氣腔內設置有氣囊7，氣囊7由塑膠膜密封而成，應變膜6通過數據線8與應變儀連接，應變儀與計算機連接。根據上方氣腔壓強的大小產生相應的形變，經過數據線8傳輸到應變儀上，最終連接到電腦，數據顯示并存儲在計算機上；
[0041]第一殼體4的底端連接第二殼體9，第二殼體9的厚度小于第一殼體4的厚度，第二殼體9的底端連接支撐板10 ;
[0042]內柱5、第一殼體4、第二殼體9均為圓柱形，數據線8的一端接頭設置在第一殼體4的底端上的應變膜6上此設計是防止線頭自身重力影響應變膜變形，從而保證測量精確度；第二殼體9上設置有通孔，數據線8的另一端從通孔中穿出，與應變儀相連；在第二殼體9上均勻設置有多個透氣孔。
[0043]應力計量器還包括高度調節(jié)裝置，高度調節(jié)裝置由螺紋連接的外螺旋桿11和內螺旋桿12構成，內螺旋桿12的下端固定在底板1上，外螺旋桿11的上端與支撐板10相連，在支撐板10的邊緣設置有卡槽13，外螺旋桿11的頂部固定有與卡槽13相配合的卡片14，卡片14設置在卡槽13內，并可在卡槽13內自由轉動。
[0044]頂板2與水平面之間的角度為5°，頂板2的后端高于前端，此設計是為了讓液壓支架模擬裝置能充分模擬支架隨著煤層開采移架的工序，夾角度數太小或