一种演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型，包括：砌体梁模块，由第一砌体梁模块（2）、砌体梁主体（1）和第二砌体梁模块（3）构成；直接顶模块，包括用于支撑所述第一砌体梁模块（2）的第一直接顶模块（4）以及至少4个第二直接顶模块（5）；用于支撑所述第一直接顶模块（4）的第一伪顶模块（6）和煤层模块（7）；用于支撑后一部分所述第二直接顶模块（5）的挡板（8），其高度低于所述煤层模块（7）；气囊（9），置于所述挡板（8）、所述第二直接顶模块（5）和煤层模块（7）之间形成的容纳空腔内。本发明所述系统模型能动态演示煤层开采及顶板结构变化，制作简单，可操作性强，还可以循环演示。
【专利说明】一种演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤矿开采可视化矿压显现综合仿真模型，尤其适合煤矿开采中煤层顶板结构动态变化过程的教学演示。
【背景技术】
[0002]煤炭行业教学、生产和科研活动中，矿压显现活动是研究的核心，而煤层顶板结构变化又是所有研究的重要内容，为了使井下复杂又看不见的顶板结构变化让所有人了解，目前主要的方法是制作顶板的结构静态示意图和结构静态模型。但是此类方法无法阐明矿压显现的过程；极少的电气自动化模型不仅很难重现顶板具体变化过程，同时造价昂贵，易于损坏等。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是克服现有阐明矿压显现和顶板结构变化模型的缺点，提供一种结构简单、操作简便、可循环演示的阐明顶板结构变化和矿压动态显现的综合仿真模型。
[0004]一种演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型，包括从下至上依次包括煤层模块、伪顶模块、直接顶模块和砌体梁模块；
[0005]所述砌体梁模块由第一砌体梁模块、砌体梁主体和第二砌体梁模块构成,其中,所述砌体梁主体与所述第一砌体梁模块的底部铰接，与所述第二砌体梁模块的顶部铰接；
[0006]所述直接顶模块包括第一直接顶模块以及至少4个第二直接顶模块，其中，第一个所述第二直接顶模块与第一直接顶模块的底部铰接，前一部分所述第二直接顶模块与其前一个所述第二直接顶模块的底部铰接，后一部分所述第二直接顶模块与其前一个所述第二直接顶模块的顶部铰接；
[0007]所述伪顶模块包括第一伪顶模块和两个所述第二伪顶模块；
[0008]在后一部分所述第二直接顶模块的底部设置有挡板，其高度低于所述煤层模块；
[0009]气囊，置于所述挡板、所述第二直接顶模块和煤层模块之间形成的容纳空腔内，所述气囊充气后的高度等于所述伪顶模块和所述煤层模块之和。
[0010]本发明所述的演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型，其中所述煤层模块、所述第一伪顶模块、所述第一直接顶模块和所述第一砌体梁模块之间通过粘结剂固定；
[0011]在所述容纳空间内靠近所述煤层模块处还设置有液压模块，在所述第二砌体梁模块的底部还设置有矸石模块；所述砌体梁模块由PVC材料制成，所述直接顶模块由塑料泡沫制成，所述第一伪顶模块由木材或PVC材料制成，两个所述第二伪顶模块由具有弹性的可变形材料制成，其中一个固定在所述煤层模块顶部，位于第I个所述第二直接顶模块的底部，另一个所述第二伪顶模块固定在所述液压模块上。
[0012]本发明所述的演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型，其中所述第一直接顶模块、的长度小于所述第一砌体梁模块、，且大于所述第一伪顶模块的长度，所述煤层模块的长度大于所述第一砌体梁模块，多个所述第二直接顶模块的长度之和大于所述砌体梁主体的长度，所述液压模块的高度同所述煤层模块的高度。
[0013]本发明所述的演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型，其中所述第二直接顶模块为7个，其中，从左至右第I个所述第二直接顶模块与所述第一直接顶模块的底部铰接，第2~5个所述第二直接顶模块与其前一个所述第二直接顶模块的底部铰接，第6和7个所述第二直接顶模块与其前一个所述第二直接顶模块的顶部铰接；所述挡板设置于第7个所述第二直接顶模块的底部。
[0014]本发明所述的演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型，其中所述气囊包括囊体和通气管，在靠近所述囊体的所述通气管处设置有充放气开关，当所述气囊处于充气状态时，支撑所述多个所述第二直接顶模块与第一直接顶模块连成一条直线并处于水平位置；所述气囊为两个，两个气囊的放气表示对煤层的开采。
[0015]本发明所述的演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型，其中所述煤层模块与所述第一伪顶模块的长度之差为L1，所述第一伪顶模块与所述第一直接顶模块的长度之差为L2，所述第一直接顶模块和所述第一砌体梁模块的长度之差为L3 ；
[0016]所述LI通过如下公式计算得出:
【权利要求】
1.一种演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型，其特征在于:包括从下至上依次包括煤层模块(7)、伪顶模块、直接顶模块和砌体梁模块； 所述砌体梁模块由第一砌体梁模块(2)、砌体梁主体(1)和第二砌体梁模块(3)构成，其中，所述砌体梁主体(1)与所述第一砌体梁模块(2)的底部铰接，与所述第二砌体梁模块(3)的顶部铰接； 所述直接顶模块包括第一直接顶模块(4)以及至少4个第二直接顶模块(5)，其中，第一个所述第二直接顶模块(5)与第一直接顶模块(4)的底部铰接，前一部分所述第二直接顶模块(5)与其前一个所述第二直接顶模块(5)的底部铰接，后一部分所述第二直接顶模块(5)与其前一个所述第二直接顶模块(5)的顶部铰接； 所述伪顶模块包括第一伪顶模块(6)和两个所述第二伪顶模块(13)； 在后一部分所述第二直接顶模块(5)的底部设置有挡板(8)，其高度低于所述煤层模块(7); 气囊(9)，置于所述挡板(8)、所述第二直接顶模块(5)和煤层模块(7)之间形成的容纳空腔内，所述气囊(9)充气后的高度等于所述伪顶模块和所述煤层模块(7)之和。
2.根据权利要求1所述的演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型，其特征在于:所述煤层模块(7)、所述第一伪顶模块(6)、所述第一直接顶模块(4)和所述第一砌体梁模块(2)之间通过粘结剂固定； 在所述容纳空间内靠近所述煤层模块(7)处还设置有液压模块(12)，在所述第二砌体梁模块(3)的底部还设置有矸石模块(10);所述砌体梁模块由PVC材料制成，所述直接顶模块由塑料泡沫制成，所述第一伪顶模块(6 )由木材或PVC材料制成，两个所述第二伪顶模块`(13)由具有弹性的可变形材料制成，其中一个固定在所述煤层模块顶部，位于第I个所述第二直接顶模块(5)的底部，另一个所述第二伪顶模块(13)固定在所述液压模块(12)上。
3.根据权利要求1或2所述的演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型，其特征在于: 所述第一直接顶模块(4)的长度小于所述第一砌体梁模块(2),且大于所述第一伪顶模块(6)的长度，所述煤层模块(7)的长度大于所述第一砌体梁模块(2)，多个所述第二直接顶模块(5)的长度之和大于所述砌体梁主体(1)的长度，所述液压模块(12)的高度同所述煤层模块(7)的高度。
4.根据权利要求1或2或3所述的演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型，其特征在于:所述第二直接顶模块(5)为7个，其中，从左至右第I个所述第二直接顶模块(5)与所述第一直接顶模块(4)的底部铰接，第2~5个所述第二直接顶模块(5)与其前一个所述第二直接顶模块(5)的底部铰接，第6和7个所述第二直接顶模块(5)与其前一个所述第二直接顶模块(5)的顶部铰接；所述挡板(8)设置于第7个所述第二直接顶模块(5)的底部。
5.根据权利要求4所述的演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型，其特征在于:所述气囊(9)包括囊体和通气管(13)，在靠近所述囊体的所述通气管(13)处设置有充放气开关(14)，当所述气囊处于充气状态时，支撑所述多个所述第二直接顶模块(5)与第一直接顶模块(4)连成一条直线并处于水平位置；所述气囊(9)为两个，两个气囊的放气表示对煤层的开采。
6.根据权利要求3所述的演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型，其特征在于:所述煤层模块(7)与所述第一伪顶模块(6)的长度之差为L1，所述第一伪顶模块(6)与所述第一直接顶模块(4)的长度之差为L2，所述第一直接顶模块(4)和所述第一砌体梁模块(2)的长度之差为L3 ； 所述LI通过如下公式计算得出:
7.根据权利要求6所述的演示煤层开釆顶板动态变化的仿真系统模型，其特征在于: 所述第一伪顶模块(6)靠近釆空区一侧的侧壁的最低点Al、所述第一直接顶模块(4)靠近釆空区一侧的侧壁的最低点BI和所述第一砌体梁模块(2)靠近釆空区一侧的侧壁的最低点Cl三个点均在同一个椭圆上，椭圆方程如下:
8.根据权利要求7所述的演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型，其特征在于: 所述矸石模块(10)和所述挡板(8)的高度采用如下公式计算得到:
9.根据权利要求1所述的演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型，其特征在于:还包括容纳所述模型的模型箱体(11)，其由透明材料制成；所述的铰接指通过合页(14)进行连接。
10.根据权利要求6所述的演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型，其特征在于: ω为0.024，所述模型箱体(11)的尺寸为110cmX20cmX60cm;所述煤层模块(7)的尺寸为35cmX 18cmX 12cm ;所述第一伪顶模块(6)尺寸为20cmX 18cmX5cm,所述直接顶模块高度为8cm，由I个尺寸为20.2cmX 18cmX8cm的第一直接顶模块(4)和7个尺寸为ScmXIScmXScm的第二直接顶模块(5)组成，所述第一砌体梁模块(2)尺寸为21.3cmX18cmX22cm，所述砌体梁主体(1)尺寸为54cmX 18cmX22cm ;所述第二砌体梁模块(3)尺寸为18cmX18cmX22cm ;所述气囊(9)长18cm，直径17cm ;所述挡板(8)尺寸为4cmX 18cmX9.6cm ;所述砰石模块(10)的高度为9.6cm。
【文档编号】G09B25/02GK103500528SQ201310432128
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月22日 优先权日:2013年9月22日
【发明者】成云海, 冯飞胜, 樊俊鹏, 孙振平, 任禹, 朱萌萌 申请人:安徽理工大学