专利名称：一种可自动控制的综放开采散体可视化模拟实验台的制作方法
技术领域：
本发明是一种受控综放开采散体可视化模拟实验台，实现了综放开采煤矸流动特征及混矸规律可视模拟与自动化控制，同时可以对不同开采条件进行模拟，探索不同放煤工艺等对综放过程顶煤回采的影响，为自动化放顶煤合理工艺参数的确定提供实验基础。因此，针对大采高综放工作面地质与技术条件，进行大采高综放工作面煤矸流场特征研究，在此基础上优化其工艺参数，以实现工作面安全高效开采，成为迫切需要解决的问题。
背景技术：
综放工作面现场实践表明，分析和掌握综放开采煤矸流动及混矸规律，是合理优化确定综放工作面放煤工艺参数的基础，对于综放工作面安全高效开采具有重要的指导意义。根据相似理论和综放工作面的煤岩垮落散体特征，可通过实验台进行散体模拟实验，实验中的支架移动、放煤口开启及关闭等各项工序的模拟实现自动控制，煤矸流动及混矸规律全程可视化，解决了综放开采相似模拟实验中的关键技术问题。
发明内容
本发明的目的是针对目前采矿实验需要解决的问题，提供一种工艺简单，操作方便，控制性好，精准程度高，效果好的可自动控制的综放开采散体可视化实验台。本发明的技术方案如下述:受控综放开采散体可视化模拟实验台，包括实验台框架、可视部分、遥控控制装置、顶煤支承栅及移动系统、支架移动系统和角度调节系统；实验台主体采用的是框架式结构，其特征在于:实验台框架的侧面采用透明塑料板，遥控控制装置对模拟实验台系统控制，实验台系统控制参数采用遥控控制装置进行设置，在实验台框架模拟初始采空区，在初始采空区后方放置一个矸石挡板，使模拟直接处于正常的放顶煤情况；顶煤与顶板通过支架对顶煤支承栅临时支护，支架采用简易放顶煤支架，支架设有在自移的轨道上移动的齿轮，支架齿轮由步进电机驱动，与支架齿轮啮合的齿条固定在实验台框架底板上，顶煤支承栅由所述步进电机通过遥控控制支架在自移的轨道上移动，遥控控制装置预先设置移动步距，模型装填完毕后；放煤口上设有放煤插板，放煤插板由遥控控制装置控制驱动电机的正反转对放煤插板上下对应的打开关闭动作，实现自动放煤，放煤结束后，在塑料板上进行轨迹的描绘。步进电机控制支架自移的轨道，以此重复完成循环。进一步的，实验台侧面采用透明塑料板，方便轨迹的描绘；系统自动控制的参数采用遥控进行设置，在操作界面上通过摁钮实现远程控制，包括顶煤支撑栅、简易支架的移动及放煤口的关闭等。进一步的，简易放顶煤支架包括顶梁、支撑板、尾梁和支撑梁，顶梁、支撑板及尾梁、支撑梁保持平行，将驱动电机安装在支撑梁的中间位置，控制放煤插板的关闭。进一步的，支撑板和支撑梁通过前立柱固定，前立柱上设等间距的密集螺栓穿过的小孔，通过改变螺栓位置来调节支架的采高，尾梁和前立柱之间设连杆，连杆与尾梁之间采用铰接式连接，连杆与前立柱之间是通过插销固定在所述小孔上。
进一步的，顶煤支承栅采用若干排列的空心钢管，空心钢管的中央为栅格，两端头部均设有实心圆柱并连接有轴承，轴承卡槽套有钢圈采用链条连接，空心钢管之间留I 2mm的间隙，将轴承安装在不锈钢U槽中，作为运动的轨迹。顶煤支承栅两端头部设有的实心圆柱连接在电机输出端，通过控制电机实现实心圆柱即顶煤支撑栅的移动，误差小于1_。进一步的，顶梁和尾梁之间、支撑板和支撑梁均由合页连接，以此实现角度的调整，调整过程通过改变连杆与立柱小孔的相对位置并由插销固定对齐的小孔来实现，调整过程中要保持尾梁与支撑梁平行；同时，在尾梁和顶梁夹角固定时，顶梁和支撑板可以同步调整高度，以此实现支撑高度可随实际实验条件进行调整，调整过程通过改变活动立柱与固定立柱之间相对位置并由插销固定对齐的小孔来实现。另外，要求放煤插板有合理的长度来适应放煤角和支护高度的变化。进一步的，驱动电机通过遥控进行控制，驱动电机转轴上安有齿轮，插板尾端焊接齿条，两者进行刚性咬合，通过控制电机转向，控制放煤口的关闭；在实验台底面铺设两条齿条，所述步进电机固定在支架的底座上，输出端装设齿轮，与齿条相互咬合，实现支架的自移。进一步的，在支架后方的采空区中放置一个能够调节角度的挡矸板，两端铰接在实验台上，可以直接模拟正常工作情况下的真实放顶煤的情况。本发明的有益效果:本发明可以实现综放开采煤矸流动特征及混矸规律的模拟，通过自动化控制，减少实验人员的工作量，同时降低由于人工操作和实验现象观察造成的相互干扰，确保实验具有足够的精度，保障实验有序进行，真正实现了综放开采中煤矸流动特征及混矸规律可视化及自动化模拟，同时可对不同开采条件进行模拟，本发明实现了综放开采煤矸流动特征及混矸规律可视模拟与自动化控制，同时可对不同开采条件进行模拟，为自动化放顶煤合理工艺参数的确定提供实验基础。
下面结合附图对本发明进一步说明。图1是实验台的主视图。图2是实验台的左视图。图3是顶煤支承栅示意图。图例说明:1_矸石挡板，2-简易放顶煤支架，3-放煤口控制电机，4-放煤插板，5-底板齿条，6-顶煤支承栅，8-钢管栅电机，9-步进电机，11-小型刮板输送机。10-顶板轨道，12-透明塑料板，13-模型框架。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的描述:一种可自动控制的综放开采散体可视化模拟方法，实现了综放开采煤矸流动特征与混矸规律可视模拟的自动化。本发明主要包括实验台框架、可视部分、遥控控制装置、顶煤支承栅及滑移系统、简易支架及控制系统和角度调节系统等部分。遥控控制装置预先设置移动步距，模型装填完毕后；放煤口上设有放煤插板，放煤插板由遥控控制装置控制驱动电机的正反转对放煤插板上下对应的打开关闭动作，实现自动放煤，放煤结束后，在塑料板上进行轨迹的描绘。本发明主要包括实验台框架、可视部分、遥控控制装置、顶煤支承栅及滑移系统、简易支架及控制系统和角度调节系统等部分。实验台主体采用的是框架式结构，侧面采用透明塑料板，系统自动控制的参数采用遥控进行设置；顶煤与顶板通过顶煤支承栅临时支护，顶煤支承栅由电机控制移动，按预先设置的移动步距，实现钢管栅自移；在初始采空区后方放置一个矸石挡板，直接模拟正常的放顶煤情况；插板通过遥控控制电机正反转完成插板打开关闭动作，实现自动放煤，支架采用简易放顶煤支架，步进电机装有齿轮，齿条固定在框架底板上，作为支架自移的轨道。实施步骤具体如下:(I)根据实验要求，将简易放顶煤支架2的掩护梁与插板调整为与顶板方向成固定角度，在支架后方放置一个模拟的矸石挡板1，角度变化通过更换部件来完成，可以避免初期放煤情况，直接模拟放顶煤正常工作状态。(2)将强化的透明有机塑料板12安装在实验台的框架上，并进行加固，而后按照模拟实验的材料进行模型铺设。在模型铺设完毕后，通过遥控控制电机3正转打开天窗，进行实验的首次放煤。(3)当放煤口出现矸石时，利用遥控控制电机3反转完成关闭动作，放出的煤矸混合物采用自动流出的方式流至框架底部后，由人工进行统计和处理。放煤结束关闭放煤口后，进行移架。(4)支架底座的移动是通过步进电机9提供动力，沿底板的齿条5前进，每台支架安设两条齿条，通过遥控指令进行控制，其移动距离为放煤步距。移架完成后，进行顶板钢管栅6的移动。(5)模型采用过活动的钢管栅6临时支承破碎的顶煤和顶板，通过无线遥控器设定移动步距，来控制顶板电机8的运动，完成移动后，进行煤矸流动特征及混矸规律实验现象的记录和轨迹描绘，然后进行下一轮的放煤，以此循环进行。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种受控综放开采散体可视化模拟实验台，包括实验台框架、可视部分、遥控控制装置、顶煤支承栅及移动系统、支架移动系统和角度调节系统；实验台主体采用的是框架式结构，其特征在于:实验台框架的侧面采用透明塑料板，遥控控制装置对模拟实验台系统控制，实验台系统控制参数采用遥控控制装置进行设置，在台框架模实验拟初始采空区，在初始采空区后方放置一个矸石挡板，使模拟直接处于正常的放顶煤情况；顶煤与顶板通过支架对顶煤支承栅临时支护，支架采用简易放顶煤支架，支架设有在自移的轨道上移动的齿轮，支架齿轮由步进电机驱动，与支架齿轮啮合的齿条固定在实验台框架底板上，顶煤支承栅由所述步进电机通过遥控控制支架在自移的轨道上移动，遥控控制装置预先设置移动步距，模型装填完毕后；放煤口上设有放煤插板，放煤插板由遥控控制装置控制驱动电机的正反转对放煤插板上下对应的打开关闭动作，实现自动放煤，放煤结束后，在塑料板上进行轨迹的描绘。
2.根据权利要求1所述的受控综放开采散体可视化模拟实验台，其特征是:实验台侧面采用透明塑料板，方便轨迹的描绘；系统自动控制的参数采用遥控进行设置，在操作界面上通过摁钮实现远程控制，包括顶煤支撑栅、简易支架的移动及放煤口的关闭等。
3.根据权利要求1所述的受控综放开采散体可视化模拟实验台，其特征是:简易顶煤放支架包括顶梁、支撑板、尾梁和支撑梁，顶梁、支撑板及尾梁、支撑梁保持平行，将驱动电机安装在支撑梁的中间位置，控制放煤插板的关闭。
4.根据权利要求3所述的受控综放开采散体可视化模拟实验台，其特征是:支撑板和支撑梁通过前立柱固定，前立柱上设等间距的密集螺栓穿过的小孔，通过改变螺栓位置来调节支架的采高，尾梁和前立柱之间设连杆，连杆与尾梁之间采用铰接式连接，连杆与前立柱之间是通过插销固定在所述小孔上。
5.根据权利要求1所述的受控的综放开采散体可视化模拟实验台，其特征是:顶煤支承栅采用若干排列的空心钢管，空心钢管的中央为栅格，两端头部均设有实心圆柱并连接有轴承，轴承卡槽套有钢圈采用链条连接，空心钢管之间留I 2mm的间隙，将轴承安装在不锈钢U槽中，作为运动的轨迹。
顶煤支承栅两端头部设有的实心圆柱连接在电机输出端，通过控制电机实现实心圆柱即顶煤支撑栅的移动，误差小于1mm。
6.根据权利要求1所述的受控综放开采散体可视化模拟实验台，其特征是:顶梁和尾梁之间、支撑板和支撑梁均由合页连接，以此实现角度的调整，调整过程通过改变连杆与立柱小孔的相对位置并由插销固定对齐的小孔来实现，调整过程中要保持尾梁与支撑梁平行；同时，在尾梁和顶梁夹角固定时，顶梁和支撑板可以同步调整高度，以此实现支撑高度可随实际实验条件进行调整，调整过程通过改变活动立柱与固定立柱之间相对位置并由插销固定对齐的小孔来实现。
7.根据权利要求1所述的受控综放开采散体可视化模拟实验台，其特征是:驱动电机通过遥控进行控制，驱动电机转轴上安有齿轮，插板尾端焊接齿条，两者进行刚性咬合，通过控制电机转向，控制放煤口的关闭；在实验台底面铺设两条齿条，所述步进电机固定在支架的底座上，输出端装设齿轮，与齿条相互咬合，实现支架的自移。
8.根据权利要求1所述的受控制的综放开采散体可视化模拟实验台，其特征是:在支架后方的采空区中放置一个能够调节角度的挡矸板，两端铰接在实验台上，可以直接模拟正常工作情况下的真实放顶煤的情况。
9.根据权利要求6所述的受控综放开采散体可视化模拟实验台，其特征是:放煤插板有合理的长度来适应放 煤角和支护高度的变化。
全文摘要
一种可自动控制的综放开采散体可视化模拟实验台。包括实验台框架、可视部分、遥控控制装置、顶煤支承栅及移动系统、支架移动系统和角度调节系统；实验台主体采用的是框架式结构，实验台框架的侧面采用透明塑料板，遥控控制装置对模拟实验台系统控制，实验台系统控制参数采用遥控控制装置进行设置，在台框架模实验拟初始采空区，在初始采空区后方放置一个矸石挡板，使模拟直接处于正常的放顶煤情况；顶煤与顶板通过支架对顶煤支承栅临时支护，支架采用简易放顶煤支架，支架设有在自移的轨道上移动的齿轮，支架齿轮由步进电机驱动，与支架齿轮啮合的齿条固定在实验台框架底板上，顶煤支承栅由所述步进电机通过遥控控制支架在自移的轨道上移动。
文档编号E21C41/18GK103216235SQ20131007451
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月8日 优先权日2013年3月8日
发明者刘长友, 张宁波, 杨培举, 陈宝宝, 刘长郄 申请人:中国矿业大学