一种矿用采煤工作面支护模拟实验装置的制作方法

1.本发明涉及煤矿开采模拟实验设备技术领域，具体为一种矿用采煤工作面支护模拟实验装置。


背景技术：

2.随着我国当前阶段煤矿采掘工作的快速发展，工作面塌方是安全管理的一项基础工作，分析面塌事故原因及防治措施，对搞好事故预防，提高掘进工作效率，促进安全生产有着重要意义。本文主要对煤矿采掘工作面塌的发生因素及防范措施进行分析。
3.而为了避免采煤工作面塌方大多都是在采煤的工作面处进行支护板支护，当施工人员需要对矿场采煤的工作面进行支护时，由于施工人员不能够及时的预测出工作面的采空区上方的覆岩层是否因采煤时其下方的岩石块脱离，而导致覆岩层承受的压力过大而发生破裂塌落在支护板上方形，进而使得支护板承受的压力过大，进行影响巷道内支护板对巷道工作面的稳定安全支护。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种矿用采煤工作面支护模拟实验装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种矿用采煤工作面支护模拟实验装置，包括实验箱，所述实验箱采用透明玻璃材质，所述实验箱内底部通过多个液压缸支护有多个支护板，所述支护板上方设置有岩体塌方模拟机构，所述岩体塌方模拟机构用于采煤巷道工作面上方的岩体出现断裂塌方时，该断裂塌方处对支护板的压力的模拟，从而调整支护板在采煤巷道内的支护强度所述实验箱内设置有排料控量组件，所述排料控量组件用于将支护板上方的岩石块进行控量排出，便于岩体塌方模拟机构对支护板进行压力模拟实验。
6.进一步的，所述岩体塌方模拟机构包括支撑横板、塌方板、岩石块、弹性波纹板、通电磁条和金属条；对称的所述支撑横板固定设置在实验箱的左右两侧内壁面上，且对称的支撑横板的相对侧面固定有弹性波纹板；所述塌方板设置在两个支撑横板之间，且塌方板的两侧面也固定有弹性波纹板；所述支撑横板、塌方板和支护板之间平铺接触有岩石块，且相邻两个岩石块的缝隙中填充有土颗粒；位于支撑横板一侧的所述弹性波纹板上固定有通电磁条；所述塌方板两侧面的弹性波纹板外侧面固定有金属条，所述金属条的外侧面与通电磁条贴合接触；所述张紧调节组件设置在金属条和通电磁条之间，用于对塌陷的塌方板进行张紧拉扯。
7.进一步的，所述张紧调节组件包括拉绳、滑动块和液压推杆，位于所述支撑横板一侧面设置的弹性波纹板内部开设有压缩腔，且压缩腔的外侧面至少开设有四个贯穿孔，且四个所述贯穿孔穿过通电磁条的一侧，所述压缩腔内设置有至少两个工字型的拉绳，且每个工字型的拉绳的两个自由端穿过其中两个贯穿孔与金属条的侧面固定连接，每个工字型
的所述拉绳的中心位置固定有滑动块，且滑动块滑动设置在压缩腔内，所述支撑横板内部固定有液压推杆，且液压推杆的活塞杆端面连接到滑动块上。
8.进一步的，所述张紧调节组件还包括导气管，所述导气管固定设置在支撑横板内，且导气管的一端口插入到压缩腔内，且导气管的另一端管口伸出实验箱外侧面与气泵的气管连通。
9.进一步的，所述排料控量组件包括收缩盒和收缩板，所述收缩盒固定在实验箱的侧面，且收缩盒的端口位于实验箱的内侧面，所述收缩盒内通过电动推杆滑动插接有收缩板，且伸缩板的端面与支护板端部的倾斜挡板贴合接触。
10.进一步的，所述实验箱的内部安装有多个红外线摄像头，且红外线摄像头通过电信号与实验人员的计算机连通，所述实验箱上方设置有喷水管，且喷水管下方连通有多个喷洒管。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过在支护板上方设置岩体塌方模拟机构，通过控制弹性波纹板侧面的通电磁条断电，使其脱离对塌方板两侧的金属条的磁性吸附，因此，随着塌方板下方的岩石块不断从倾斜挡板外侧面的缺口掉落时，此时塌方板会因为自身的重力以及上方岩土层的挤压力而向下沉降，而此时的张紧调节组件会不断对下降的塌方板进行张紧拉扯，因此，下降的塌方板自身所受到的压力会通过部分为脱离的岩石块作用到支护板上，进而支护板上的压力传感器和位移传感器会实时监测出自身所受到的压力和位移的数据，从而能够模拟出支护板在采煤工作面内对采空区的支护安全性和稳定性，从而能够为施工人员在采煤工作面进行支护板支护时提供较为精准的数据支撑。
12.本发明通过在弹性波纹板内设置张紧调节组件，当通电磁条断电脱离对金属条的磁性吸附后，此时塌方板会因上方岩土层的重力而向下沉降，此时实验人员可以控制支撑横板内的液压推杆的活塞杆伸出，使其推动滑动块能够向着压缩腔靠近通电磁条的一侧面滑动，进而使得工字型的拉绳的两端面能够处于松弛状态，进而便于塌方板能够向下沉降，且工字型的拉绳的两端面又能够对塌方板进行重力拉扯支撑，从而便于调整塌方板下沉时对支护板的压力，从而能够模拟出采煤工作面内支护板所能够承受的最大支护力，从而调整现实状态下采煤工作面中支护板的安全支护能力。
附图说明
13.图1为本发明结构示意图；图2为本发明实验箱内部结构图；图3为本发明支撑板的剖视图。
14.图中：1、实验箱；2、支护板；3、岩体塌方模拟机构；31、支撑横板；32、塌方板；33、岩石块；34、弹性波纹板；341、压缩腔；35、通电磁条；36、金属条；4、张紧调节组件；41、拉绳；42、滑动块；43、液压推杆；44、导气管；5、排料控量组件；51、收缩盒；52、收缩板；53、电动推杆；6、倾斜挡板；7、喷水管；8、喷洒管。
具体实施方式
15.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
16.如图1至图3所示，本发明提供一种矿用采煤工作面支护模拟实验装置技术方案：包括实验箱1，所述实验箱1采用透明玻璃材质，所述实验箱1内底部通过多个液压缸支护有多个支护板2，所述支护板2上方设置有岩体塌方模拟机构3，所述岩体塌方模拟机构3用于采煤巷道工作面上方的岩体出现断裂塌方时，该断裂塌方处对支护板2的压力的模拟，从而调整支护板2在采煤巷道内的支护强度所述实验箱1内设置有排料控量组件5，所述排料控量组件5用于将支护板2上方的岩石块33进行控量排出，便于岩体塌方模拟机构3对支护板2进行压力模拟实验；本发明设计的，当施工人员需要对矿场采煤的工作面进行支护时，由于施工人员不能够及时的预测出工作面的采空区上方的覆岩层是否因采煤时其下方的岩石块33脱离，而导致覆岩层承受的压力过大而发生破裂塌落在支护板2上方形，进而使得支护板2承受的压力过大，进行影响巷道内支护板2对巷道工作面的稳定安全支护；因此，本发明可以根据探测人员在采煤工作区域所探测的地形，然后施工人员先将支护板2通过多个液压千斤顶使其支护在实验箱1底部，然后在支护板2上方设置岩土塌方模拟机构，使其能够在支护板2上方模拟出采煤工作面上方的岩体层地形，此时排料控量组件5能够控制支护板2上方岩石块33下落的速度和下落的量，进而使得岩土塌方模拟机构能够模拟出覆岩层下方的岩土块脱离对覆岩层的支撑，使得支护板2上方的覆岩层承受的压力过大而产生局部塌方，同时又能够模拟出覆岩层局部塌方时所对支护板2产生的压力进行调整，进而支护板2上的压力传感器和位移传感器会实时的监测出覆岩层局部塌方时支护板2所受到的压力和所产生的位移，进而便于施工人员能够根据模拟出的实验数据来及时调整实际情况下煤矿采煤工作面内支护板2或支护装置对采煤工作面的安全稳定支撑。
17.做为本发明的一种实施方式，所述岩体塌方模拟机构3包括支撑横板31、塌方板32、岩石块33、弹性波纹板34、通电磁条35和金属条36；支撑横板31，对称的所述支撑横板31固定设置在实验箱1的左右两侧内壁面上，且对称的支撑横板31的相对侧面固定有弹性波纹板34；塌方板32，所述塌方板32设置在两个支撑横板31之间，且塌方板32的两侧面也固定有弹性波纹板34；岩石块33，所述支撑横板31、塌方板32和支护板2之间平铺接触有岩石块33，且相邻两个岩石块33的缝隙中填充有土颗粒；通电磁条35，位于支撑横板31一侧的所述弹性波纹板34上固定有通电磁条35；金属条36，所述塌方板32两侧面的弹性波纹板34外侧面固定有金属条36，所述金属条36的外侧面与通电磁条35贴合接触；张紧调节组件4，所述张紧调节组件4设置在金属条36和通电磁条35之间，用于对塌陷的塌方板32进行张紧拉扯；本发明设计的，当需要模拟覆岩层形成塌方时，此时实验人员可以先通过实验箱1外侧面的控制面板控制排料控量组件5工作，使得排料控量组件5在支护板2侧面的倾斜挡板6打开一个缺口，使得位于支护板2上方的岩石块33向下掉落到实
验箱1的下方，此时实验人员可以控制弹性波纹板34侧面的通电磁条35断电，使其脱离对塌方板32两侧的金属条36的磁性吸附，因此，随着塌方板32下方的岩石块33不断从倾斜挡板6外侧面的缺口掉落时，此时塌方板32会因为自身的重力以及上方岩土层的挤压力而向下沉降，而此时的张紧调节组件4会不断对下降的塌方板32进行张紧拉扯，因此，下降的塌方板32自身所受到的压力会通过部分为脱离的岩石块33作用到支护板2上，进而支护板2上的压力传感器和位移传感器会实时监测出自身所受到的压力和位移的数据，从而能够模拟出支护板2在采煤工作面内对采空区的支护安全性和稳定性；而张紧调节组件4可以调整对塌方板32的拉扯力，进而调整塌方板32对支护板2的压力，例如张紧调节组件4完全脱离对塌方板32的拉扯时，此时塌方板32对支护板2的压力达到最大，从而便于模拟出支护板2在采煤工作面所受的压力，从而能够在不同的采煤工作面使用不同的支护板2对其进行支护，进而提高采煤工作面的施工安全性；当需要向下沉降的塌方板32恢复初始状态时，此时实验人员可以反向驱动张紧调节组件4，使其带动下沉的塌方板32上升到与两个支撑横板31平齐，且使得塌方板32两侧的金属条36与通电磁条35贴合，然后控制通电磁条35通电，使其具有磁性产生磁吸力将金属条36进行固定吸附，进而便于将塌方板32固定到对称的支撑横板31之间，然后将排料控量组件5关闭，然后将掉落到实验箱1下方的岩石块33放置到支护板2上方，使得岩石块33对塌方板32和支撑横板31进行固定支撑，进而便于实验箱1继续进行采煤工作面进行支护模拟实验。
18.做为本发明的一种实施方式，所述张紧调节组件4包括拉绳41、滑动块42和液压推杆43，位于所述支撑横板31一侧面设置的弹性波纹板34内部开设有压缩腔341，且压缩腔341的外侧面至少开设有四个贯穿孔，且四个所述贯穿孔穿过通电磁条35的一侧，所述压缩腔341内设置有至少两个工字型的拉绳41，且每个工字型的拉绳41的两个自由端穿过其中两个贯穿孔与金属条36的侧面固定连接，每个工字型的所述拉绳41的中心位置固定有滑动块42，且滑动块42滑动设置在压缩腔341内，所述支撑横板31内部固定有液压推杆43，且液压推杆43的活塞杆端面连接到滑动块42上；本发明设计的，当通电磁条35断电脱离对金属条36的磁性吸附后，此时塌方板32会因上方岩土层的重力而向下沉降，此时实验人员可以控制支撑横板31内的液压推杆43的活塞杆伸出，使其推动滑动块42能够向着压缩腔341靠近通电磁条35的一侧面滑动，进而使得工字型的拉绳41的两端面能够处于松弛状态，进而便于塌方板32能够向下沉降，且工字型的拉绳41的两端面又能够对塌方板32进行重力拉扯支撑，从而便于调整塌方板32下沉时对支护板2的压力，而当需要模板支护板2所承受的最大压力时，此时液压推杆43的活塞杆推动滑动块42移动到压缩腔341的侧壁贴合，而压缩腔341的水平宽度和工字型的拉绳41长度足以使塌方板32所受到的重力完全作用到支护板2上表面，从而能够模拟出支护板2在采煤工作面所受到的压力的最大值，从而调整现实状态下采煤工作面中支护板2的安全支护能力；而当需要将向下沉降塌方的塌方板32向上拉动时，此时实验人员可以将支撑横板31和塌方板32上方所模拟的岩土层取出，然后控制液压推杆43的活塞杆收缩，使其通过滑动块42带动工字型的拉绳41收缩到压缩腔341内，进而使得拉绳41的自由端面能够通过金属条36拉动塌方板32上升到与支撑横板31平齐，然后通电磁条35通电能够将金属条36进行磁性吸附，进而便于塌方板32水平支撑到两个支撑横板31之间，从而便于塌方板32和支撑横板31继续对上方的填充的岩土层进行支撑模拟实验。
19.做为本发明的一种实施方式，所述张紧调节组件4还包括导气管44，所述导气管44
固定设置在支撑横板31内，且导气管44的一端口插入到压缩腔341内，且导气管44的另一端管口伸出实验箱1外侧面与气泵的气管连通；本发明设计的，当排料控量组件5从倾斜护板的一侧面打开使得小部分岩土块掉落时，为了更换逼真的模拟塌方板32初始向下沉降效果，此时实验人员可以控制气泵通过气管将压缩腔341内的部分气体抽出，使得弹性波纹板34的硬度降低，进而使得塌方板32在刚开始受到上方岩土层的压力时，此时通电磁条35和金属条36还处于磁性吸附状态，而由于通电磁条35一侧的弹性波纹板34硬度降低，进而会使得塌方板32产生轻微向下沉降的效果，而随着岩石块33的掉落量较多，此时施工人员可以依次将通电磁条35断电，然后控制液压推杆43的活塞杆伸出，进而依次模拟出塌方板32轻微沉降、部分沉降和完全沉降塌方的状态，进而便于更好的模拟出支护板2在采煤工作面支护时所受到不同压力下的状态变化效果，进而能够更好的为现实中采煤工作面的支护提供更准确的数据支撑；而当塌方板32被拉绳41向上拉动到与支撑横板31平齐时，此时气泵会通过气管向压缩腔341内充入气体，而贯穿孔与拉绳41之间是滑动密封连接，进而便于提高弹性波纹板34的硬度，从而便于上升的塌方板32能够稳定支撑在两个支撑横板31之间，从而便于塌方板32能够对岩土层进行重力支撑。
20.做为本发明的一种实施方式，所述排料控量组件5包括收缩盒51和收缩板52，所述收缩盒51固定在实验箱1的侧面，且收缩盒51的端口位于实验箱1的内侧面，所述收缩盒51内通过电动推杆53滑动插接有收缩板52，且伸缩板的端面与支护板2端部的倾斜挡板6贴合接触；本发明设计的，当需要实现岩石块33掉落到实验箱1底部时，此时实验人员可以控制收缩盒51内的电动推杆53的活塞杆收缩，使其带动伸缩板收缩到收缩盒51内，进而伸缩板会与倾斜挡板6侧面脱离接触，进而便于岩石块33从伸缩板与倾斜挡板6的空隙中脱离掉落，进而便于实现将支护板2和塌方板32之间的岩石块33排出掉落，而随着电动推杆53的活塞杆不断收缩，会使得伸缩板与倾斜挡板6之间的距离不但增大，进而便于加快岩石块33的掉落速度，进而便于塌方板32能够模拟出不同的下降速度。
21.做为本发明的一种实施方式，所述实验箱1的内部安装有多个红外线摄像头，且红外线摄像头通过电信号与实验人员的计算机连通，所述实验箱1上方设置有喷水管7，且喷水管7下方连通有多个喷洒管8；本发明设计，实验箱1内部多个红外线摄像头、压力传感器和位移传感器的相互配合，能够精确的监测出实验箱1内支护板2所受到压力时的变化，进而通过电信号传输到计算机内进行数据分析，从而便于对采煤工作面进行支护模拟实验；而实验箱1上方设置的多个喷洒管8，喷洒管8喷水可以模拟因采煤工作面排渗不及时而出现渗水或水压塌方的现象，从而便于模拟实验装置进行采煤工作面的多种事故模拟实验。
22.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种矿用采煤工作面支护模拟实验装置，包括实验箱（1），其特征在于，所述实验箱（1）采用透明玻璃材质，所述实验箱（1）内底部通过多个液压缸支护有多个支护板（2），所述支护板（2）上方设置有岩体塌方模拟机构（3），所述岩体塌方模拟机构（3）用于采煤巷道工作面上方的岩体出现断裂塌方时，该断裂塌方处对支护板（2）的压力的模拟，从而调整支护板（2）在采煤巷道内的支护强度所述实验箱（1）内设置有排料控量组件（5），所述排料控量组件（5）用于将支护板（2）上方的岩石块（33）进行控量排出，便于岩体塌方模拟机构（3）对支护板（2）进行压力模拟实验。2.根据权利要求1所述的一种矿用采煤工作面支护模拟实验装置，其特征在于：所述岩体塌方模拟机构（3）包括支撑横板（31）、塌方板（32）、岩石块（33）、弹性波纹板（34）、通电磁条（35）和金属条（36）；支撑横板（31），对称的所述支撑横板（31）固定设置在实验箱（1）的左右两侧内壁面上，且对称的支撑横板（31）的相对侧面固定有弹性波纹板（34）；塌方板（32），所述塌方板（32）设置在两个支撑横板（31）之间，且塌方板（32）的两侧面也固定有弹性波纹板（34）；岩石块（33），所述支撑横板（31）、塌方板（32）和支护板（2）之间平铺接触有岩石块（33），且相邻两个岩石块（33）的缝隙中填充有土颗粒；通电磁条（35），位于支撑横板（31）一侧的所述弹性波纹板（34）上固定有通电磁条（35）；金属条（36），所述塌方板（32）两侧面的弹性波纹板（34）外侧面固定有金属条（36），所述金属条（36）的外侧面与通电磁条（35）贴合接触；张紧调节组件（4），所述张紧调节组件（4）设置在金属条（36）和通电磁条（35）之间，用于对塌陷的塌方板（32）进行张紧拉扯。3.根据权利要求2所述的一种矿用采煤工作面支护模拟实验装置，其特征在于：所述张紧调节组件（4）包括拉绳（41）、滑动块（42）和液压推杆（43），位于所述支撑横板（31）一侧面设置的弹性波纹板（34）内部开设有压缩腔（341），且压缩腔（341）的外侧面至少开设有四个贯穿孔，且四个所述贯穿孔穿过通电磁条（35）的一侧，所述压缩腔（341）内设置有至少两个工字型的拉绳（41），且每个工字型的拉绳（41）的两个自由端穿过其中两个贯穿孔与金属条（36）的侧面固定连接，每个工字型的所述拉绳（41）的中心位置固定有滑动块（42），且滑动块（42）滑动设置在压缩腔（341）内，所述支撑横板（31）内部固定有液压推杆（43），且液压推杆（43）的活塞杆端面连接到滑动块（42）上。4.根据权利要求3所述的一种矿用采煤工作面支护模拟实验装置，其特征在于：所述张紧调节组件（4）还包括导气管（44），所述导气管（44）固定设置在支撑横板（31）内，且导气管（44）的一端口插入到压缩腔（341）内，且导气管（44）的另一端管口伸出实验箱（1）外侧面与气泵的气管连通。5.根据权利要求2所述的一种矿用采煤工作面支护模拟实验装置，其特征在于：所述排料控量组件（5）包括收缩盒（51）和收缩板（52），所述收缩盒（51）固定在实验箱（1）的侧面，且收缩盒（51）的端口位于实验箱（1）的内侧面，所述收缩盒（51）内通过电动推杆（53）滑动插接有收缩板（52），且伸缩板的端面与支护板（2）端部的倾斜挡板（6）贴合接触。6.根据权利要求1所述的一种矿用采煤工作面支护模拟实验装置，其特征在于：所述实
验箱（1）的内部安装有多个红外线摄像头，且红外线摄像头通过电信号与实验人员的计算机连通，所述实验箱（1）上方设置有喷水管（7），且喷水管（7）下方连通有多个喷洒管（8）。

技术总结
本发明涉及煤矿开采模拟实验设备技术领域，具体为一种矿用采煤工作面支护模拟实验装置，包括实验箱，实验箱采用透明玻璃材质，实验箱内底部通过多个液压缸支护有多个支护板，支护板上方设置有岩体塌方模拟机构，岩体塌方模拟机构用于采煤巷道工作面上方的岩体出现断裂塌方时，该断裂塌方处对支护板的压力的模拟，从而调整支护板在采煤巷道内的支护强度实验箱内设置有排料控量组件，排料控量组件用于将支护板上方的岩石块进行控量排出，便于岩体塌方模拟机构对支护板进行压力模拟实验，从而能够模拟出支护板在采煤工作面内对采空区的支护安全性和稳定性，从而能够为施工人员在采煤工作面进行支护板支护时提供较为精准的数据支撑。据支撑。据支撑。


技术研发人员：惠凡光 孔祥玉 周宝龙 刘强 冯冉 任光友 孙启果 王宪来 胡波涛 牛贵芝 王涛 李萍 王建
受保护的技术使用者：兖矿能源集团股份有限公司
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/10/8