相似模拟实验的采煤工作面回采及液压模型支架推进装置的制作方法

本实用新型涉及矿山、岩土等工程领域物理模拟研究，具体涉及一种应用于三维物理相似模拟实验的采煤工作面回采及液压模型支架推进装置。

背景技术：

物理相似模拟实验是将现场实际的缩放模型置于实验体内，模拟真实过程主要特征，通过在模型上的实验所获得的某些量间的规律再回推到原型上，以获得对原型的规律性认识的实验方法。实验超出现有理论范围，能够研究现场不允许实验或者观测不到和测不准规律的项目，可以探索用数学方法不能解决的问题，可以明显直观地体现设想，能有效的帮助构思，最大限度地反映出物理本质，因此是矿山、岩土、地质等学科重要研究手段之一。

在采矿工程中，三维物理相似模拟实验可以用来模拟各种实际工程地质条件，以研究实际采场中支护、工作面应力应变、围岩稳定性和覆岩运移规律。但在三维物理相似模拟实验中的由于实验条件的限制，即模型模拟时的缩放效应，实际中采煤工作面回采及液压模型支架推进步骤很难通过人工实现、工作面液压支架模型与液压油泵的连接管对采空区岩层垮落形态产生影响，且采空区岩层垮落形态难以观测。因此需要通过一些特殊装置来辅助实验，以实现三维物理相似模拟实验对实际工程现场的模拟与实验数据的采集，因此才有了此种采煤工作面回采及液压模型支架推进装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的解决三维物理模拟实验中采矿工程方面的采煤工作面回采、液压模型支架推进及采空区岩层垮落形态观测问题，提供了一种应用于三维物理相似模拟实验的采煤工作面回采及液压模型支架推进装置，并对其运行原理进行说明，使用其可在实验中达到实际工程中的相应效果，从而实现对实际矿井开采过程中相应程序的模拟及观测，使得三维物理相似模拟实验的成功率提高，实验的程序更加的简捷，效果更加明显。

本实用新型是通过下述技术方案来实现的。

相似模拟实验的采煤工作面回采及液压模型支架推进装置，包括一对底座，在一对底座上分别垂直设置的一对可活动支座，在一对可活动支座上分别各水平支撑有一中空的左、右推杆；一对左、右推杆之间设有采煤滚筒与推架千斤顶，采煤滚筒、推架装置分别通过刀片支架和推架板与左、右推杆连接；在中空的左、右推杆的端部设有连接到采煤滚筒的转动电机，通过带动采煤滚筒的转动和回采及支护装置的整体移动，实现对采煤层的推进割煤作用；随着回采工作面推进不断向前推移，并通过摄像头采集煤层开采信息，实现对煤层的采矿工程开挖。

对于上述技术方案，本实用新型还有进一步优选的方案：

进一步，在左、右推杆中设有与推架千斤顶相连的液压油泵的连接管、与采煤滚筒相连的传动杆和与转动电机和摄像头相连的传输线。

进一步，所述传动杆与采煤滚筒之间的传动装置为蜗轮蜗杆传动连接。

进一步，所述左、右推杆的长度与工作面开切眼长度相对应。

进一步，一对可活动支座之间通过侧护板交叉连接，并通过调节扳手调节一对可活动支座的空间关系。

进一步，所述可活动支座可调节高度。

进一步，所述采煤滚筒上设有滚筒罩板，采煤滚筒上设有呈双螺旋状的刀片，通过刀片支架连接到转动电机上。

进一步，在转动电机端设有采煤滚筒启闭按钮。

本实用新型公开的一种应用于三维物理相似模拟实验的采煤工作面回采及液压模型支架推进装置具有以下有益效果：

1.该装置操作简单，可由一人操作，电机发动，使得实验的过程更加简捷。

2.该装置宽度设计成工作面开切眼长度，一次推移便是回采推进度，使得实验过程更加简单。

3.该装置两推杆中空，可使刀片传动轴由两推杆中连接到转动电机，液压模型支架与推架千斤顶液压油泵的连接管、微型摄像头线路由两推杆中通过从推杆前段开口伸出，这种布置方式可令传动轴及各种管线规避过工作面后方采空区，使得采空区岩层垮落形态得以保存，实验条件更加优化。

4.该装置采煤滚筒后方的推架千斤顶，可使液压支架在采空区垮落后继续推移，确保实验可以更进一步进行。

5.该装置的刀片呈双螺旋状，通过传导机构由后方转动电机带动，使得其具有割煤效果，并可以通刀槽将所割煤渣导致运输平巷，使得回采工作面可以无渣的推进，实验可以继续进行。

6.该装置的支架连接装置、左、右推杆走线槽部位可安装微型摄像头，随着实验的进行，可在观测采空区垮落情况。

7.该装置支柱设计成可调节式，可调节高度适应近水平煤层及大倾角煤层工作面的模拟。

8.该装置支柱的稳定结构使得装置可以平稳的推进，使得实验条件更加优化。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：

图1为本实用新型装置结构示意图；

图2为本实用新型装置的侧视图；

图3为本实用新型装置的俯视图。

1、推架千斤顶；2、推架板；3、走线槽；4、固定螺栓；5固定装置；6、转动电机；7、采煤滚筒；8、滚筒罩板；9、调节扳手；10、侧护板；11、可活动支座；12、底座；13、采煤滚筒启闭按钮a；14、采煤滚筒启闭按钮b；15、刀片支架；16、左推杆；17、右推杆。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

如图1所示，本实用新型一种应用于三维物理相似模拟实验的采煤工作面回采及液压模型支架推进装置，其有两部分组成，一部分为液压支架推动装置，一部分为采煤滚筒传动装置。包括一对底座12，在一对底座12上分别垂直设置的一对可活动支座11，一对可活动支座11之间通过侧护板10交叉连接，并可通过调节扳手9调节一对可活动支座11的空间关系。

如图2、3所示，在可活动支座11上水平支撑有一中空的左、右推杆16、17；一对左、右推杆16、17之间设有采煤滚筒7与推架千斤顶1，采煤滚筒7、推架装置1分别通过刀片支架15和推架板2与左、右推杆16、17连接；在中空的左、右推杆16、17的端部设有连接到采煤滚筒7的转动电机6，通过带动采煤滚筒7的转动和回采及支护装置的整体移动，实现对采煤层的推进割煤作用；随着回采工作面推进不断向前推移，并通过摄像头采集煤层开采信息，实现对煤层的采矿工程开挖。

其中，在左、右推杆16、17中设有与推架千斤顶1相连的液压油泵的连接管、与采煤滚筒7相连的传动杆和与转动电机6和摄像头相连的传输线。在左、右推杆16、17上设有走线槽3，走线槽3部位可安装微型摄像头。传动杆与采煤滚筒7之间的传动装置为蜗轮蜗杆传动连接，液压模型支架及推架千斤顶的压油泵的连接管从左、右推杆里面走。并且左、右推杆16、17的长度与工作面开切眼长度相对应。可活动支座11上方设有固定装置5，通过固定螺栓4将可活动支座11上的固定装置5与左、右推杆16、17连接。在采煤滚筒7上设有滚筒罩板8，采煤滚筒7上设有呈双螺旋状的刀片，通过刀片支架连接到转动电机6上。在转动电机6端设有采煤滚筒启闭按钮a13、b14。

一对可活动支座11之间通过侧护板10交叉连接，并通过调节扳手9调节一对可活动支座11的空间关系，可活动支座11高度可调节。

三维相似模拟实验根据实际工程条件与实际地质条件，然后进行采矿工程开挖的模拟。在开挖过程中，随着采煤作业，工作面不断向前移动，同时为防止上层岩体的垮落伤人，液压支架也会随着回采工作面推进不断向前推移，后方采空区的上覆岩层会逐步断裂垮落。但是在实验室条件下，由于对实际工程条件的缩放，大多时候实验室三维相似模拟实验中开采工作面的高度与宽紧紧只有10-20cm左右，而工作面长度会达到1-1.5m左右，且工作面需要推移0.5m以上。且一个工作面需要20个以上的液压模型支架，其所需管线占用采空区位置，对采空区垮落形态产生影响。这就使得模型煤层的回采、工作面液压模型支架的推移、工作面液压模型支架与液压油泵的连接管对采空区的规避及采空区岩层垮落形态的观测直接影响实验的成败，且随着工作面的推进其这些的实现变得越来越难。

本实用新型装置很好的解决了这个问题，其使用步骤如下：

在将模型铺装好并干燥以后，进行模拟开挖。首先开掘采场区段运输平巷与回风平巷，调节装置支柱高度，使装置符合三维物理相似模拟实验模型中工作面的高度与倾角；然后将采煤滚筒及罩板、推架板连接在两旁推杆上；最后将液压模型支架与微型摄像头安置在推架板上，液压模型支架与液压油泵的连接管与微型摄像头的线路布置入两旁中空推杆中，打开设备开关，即可进行实验。

在实验中，打开转动电机，使采煤滚筒转动，使用他动力装置将回采及支护装置向实验模型开采煤层推移，就可对煤层进行回采(推移距离设为一次开采长度)；当推移液压模型支架时，先将相应的液压模型支架降压，然后控制相应的推架千斤顶进行推移(推移距离设为一次开采长度)，最后将液压模型支架升压支撑顶板；当所有液压模型支架移架完成，即完成一次移架工序。然后依次重复以上步骤，即可完成对工作面开挖的模拟。在此过程中对采空区的垮落无影响，同时可用微型摄像头观测采空区岩层的垮落状态。

本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。