一种矿用采煤工作面支护模拟测试平台的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种矿用采煤工作面支护模拟测试平台，其适用于研究煤矿采煤工作面支架和围岩关系，模拟测试工作面顶板破裂程度和分布规律，从而选择合适的架型进行工作面的支护。该实验台包括可调节角度底座、加载实验平台、液压加载装置、可变架型液压支架、岩石、信号采集系统以及信号处理器。本实用新型采用液压加载方式，利用压力采集器连接液压缸和支架活柱，采集的信号经过压力传感器，再由压力示波器接收和显示，可以实时监测顶板压力和支架活柱受力大小，通过改变梯形体和铰接板的组合方式模拟不同倾角的工作面，放置于液压支架顶底梁的岩石连接声信号传感器，经过声信号放大器，最后传给波形分析处理器进行分析和处理，根据可变架型液压支架的结构特点，选择合适架型的支架，从而实现了在一种实验平台上模拟不同采场环境下多种架型支架的支护实验，同时可以动态的监测顶板、支架活柱的压力大小以及加载后岩石内部裂隙发育程度，从微观的角度上分析了采场支架和围岩的关系。
【专利说明】一种矿用采煤工作面支护模拟测试平台
【技术领域】:
[0001]本实用新型涉及一种矿用采煤工作面支护模拟测试平台，其适用于研究煤矿采煤工作面支架和围岩关系，模拟测试工作面顶板破裂程度和分布规律，从而选择合适的架型进行工作面的支护。
【背景技术】:
[0002]矿山井下冒顶、顶底板突水、冲击地压等煤岩动力灾害给国家财产和矿工人身安全带来极大威胁，而这些煤岩动力灾害事故的孕育与发生均与煤岩体的破裂失稳密切相关。岩石材料在承受荷载时，其内部将产生局部应力集中，当达到其临界破裂强度时，会发生煤岩体的损伤破裂，与此同时，破裂引起的弹性波在周围岩体中快速传播，这种现象为声发射。通过对声发射信号的采集与分析，可以预测煤岩体的失稳破坏。
[0003]声发射现象是岩石破裂失稳的前兆信息,研究科学合理的岩石破裂声发射实验方法，在实验基础上探讨声发射信号与岩石破裂演化过程的关系，得出符合实际的岩石剪切破裂声发射预测方法，对于采用声发射监测技术预防灾害事故的发生具有重要理论意义。采煤工作面支护模拟实验台与声发射测试装置相结合，能够采集经过液压加压后采煤工作面顶底板的岩石破裂过程中产生的声信息，进而利用声发射测试系统预测岩石损伤破裂的演化过程，反映出围岩和支架的关系。很多科研工作者虽然在实验室内进行了相似模拟实验和数值计算，但仍然存在以下的不足:
[0004]①监测设备落后，无法准确的获得加载压力和活柱受力的大小，无法研究采场的顶底板岩石破裂演化规律；
[0005]②无法针对不同倾角的采场环境测试液压支架的性能；
[0006]③无法在一种平台上转换多种架型的支架进行支护工作；
[0007]因此，需要对上述液压支架模拟实验台进行改进。
实用新型内容:
[0008]本实用新型提出了一种矿用采煤工作面支护模拟测试平台，是为了解决国内现有的液压支架模拟实验台的结构简单、加载装置和监测仪器的落后、无法动态的监测采场顶底板岩石破裂演化规律以及无法自动调节工作面倾角等弊端。
[0009]解决以上弊端采用了如下技术方案。本实用新型包括可调节角度底座、加载实验平台、液压加载装置、可变架型液压支架、岩石、信号采集系统以及信号处理器，其中:所述可调节角度底座包括两帮穿孔的梯形体和铰接板，通过改变两两之间的铰接位置模拟常见的三种类型工作面，即近水平工作面、倾斜工作面、急倾斜工作面，所述加载实验平台包括两根带有等间距分布钻孔的钢梁，放置在可调节角度底座上，所述液压加载装置包括加载顶梁、布置在加载顶梁下的加载液压缸、以及布置在加载液压缸下的加载垫板，所述加载顶板与加载实验平台的钢梁是通过钻孔和螺栓铰接在一起，可以上下移动，所述可变架型液压支架放置在加载垫板下方，包括相互铰接的打孔的钢板、活柱及前后连杆，通过变换相互间的铰接方式模拟井下常用的三种架型液压支架，即支撑式液压支架、掩护式液压支架、以及支撑掩护式液压支架，所述岩石放置在支架顶梁上方和支架底板下方，根据实际情况选择相应的材料模拟采场的顶底板，所述信号采集系统包括黏贴在岩石的外侧的声信号传感器、米集声信号的声信号放大器、米集加载液压缸和液压支架活柱压力信号的压力米集器和压力传感器，所述信号处理系统包括分析信号放大器输送的声信号的波形分析处理器、显示压力传感器获得的压力值的压力示波器。所述可变架型液压支架的活柱下部、加载液压缸与加载垫板的作用面之间都连接了压力采集器，所述压力采集器、压力传感器和压力示波器是依次连接在一起，所述声信号传感器、声信号放大器、波形分析处理器是依次连接在一起。
[0010]本实用新型具有的优点和积极效果是:该实用新型采用液压加载方式，利用压力采集器连接液压缸和支架活柱，采集的信号经过压力传感器，再由压力示波器接收和显示，可以实时监测顶板压力和支架活柱受力大小，通过改变梯形体和铰接板的组合方式模拟不同倾角的工作面，放置于液压支架顶底梁的岩石连接声信号传感器，经过声信号放大器，最后传给波形分析处理器进行分析和处理，根据可变架型液压支架的结构特点，选择合适架型的支架，从而实现了在一种实验平台上模拟不同采场环境下多种架型支架的支护实验，同时可以动态的监测顶板、支架活柱的压力大小以及加载后岩石内部裂隙发育程度，从微观的角度上分析了采场支架和围岩的关系。
【专利附图】
【附图说明】:
[0011]图1为本实用新型中的采煤工作面支护模拟测试台的主视图；
[0012]图2(a)为加载实验平台和液压加载装置的正视图；
[0013]图2(b)为加载实验平台和液压加载装置的侧视图；
[0014]图3为可变架型液压支架的主视图；
[0015]图4为可变架型液压支架零部件的主视图；
[0016]图5为可调节角度底座的铰接板主视图；
[0017]图6为可调节角度底座的梯形体主视图。
[0018]图中:1-液压加载装置；2_加载顶板；3_加载液压缸；4_加载垫板；5_压力传感器；6_压力示波器；7_加载实验平台；8_钻孔和螺栓；9_可变架型液压支架；10_支架顶梁；11-支架活柱；12-支架掩护梁；13-支架前后连杆；14-支架底板；15_岩石；16_声信号传感器；17-侧挡板；18-可调节角度底座；19-梯形体；20_铰接板；21_声信号放大器；22-波形分析处理器；23_压力采集器。
【具体实施方式】:
[0019]为能进一步了解本实用新型的
【发明内容】
、特点及功效，下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0020]本实用新型是一种根据液压支架和工作面的顶底板作用的过程中测试支架工作阻力、顶板压力、顶底板内部裂隙发育、不同架型支架在多种采场环境下支护效果的实验平台，利用信号采集系统和信号处理系统实时的监测、采集和存储加载液压缸和支架活柱的受力大小以及模拟采场顶底板的岩石内部裂隙发育和分布情况。[0021]该实验平台可进行如下实验:1)模拟不同埋深的工作面，分析埋深对支架稳定性和顶底板岩石破裂情况的影响；2)模拟不同岩性的顶底板，研究支架和围岩的关系；3)模拟不同倾角的工作面，观察支架受力大小和顶底板岩石破裂情况与工作面倾角的关系；4)模拟和观察不同架型的支架对工作面进行支护的效果，进而对液压支架的架型进行初选。
[0022]上述4项实验需要完成的基本的工序是:首先进行加载和组装测试实验:将加载实验平台7放置在可调节角度底座18上，根据可变架型液压支架9的高度调整液压加载装置I的合适位置，利用布置在加载顶梁2下的加载液压缸3，以及布置在加载液压缸3下的加载垫板4，对放置在加载垫板下方的可变架型液压支架进行液压加载，其中模拟工作面顶底板岩石15放置在支架顶梁10上方和支架底板14下方；接着进行信号采集和处理:将声信号传感器16黏贴在岩石15的外侧,声信号放大器21米集传输的声信号,压力米集器23采集加载液压缸3和液压支架活柱11的压力信号，传输给压力传感器5，再由压力示波器接收和显不压力传感器传输的压力值，波形分析处理器22分析信号放大器21传输的声信号，并生成一些列的相关图:应力-能量相关图、能量-时间相关图，应力-时间相关图等，同时动态监测岩石内部的裂隙分布和发育。
[0023]在上述基本工序完成的基础上各项实验通过控制不同的单因素条件而完成，分别为:
[0024]实验I):控制液压加载装置I的加载力大小，对比分析不同的加载力下可变架型液压支架9的稳定性和顶底板岩石裂隙分布；实验2):通过选择不同岩性的岩石15放置在可变架型液压支架9上，液压加载后研究支架活柱11受力和变形以及顶底板岩石15破断情况；实验3):通过变换可调节角度底座18的梯形体19和铰接板20的铰接方式，模拟不同倾角的工作面，液压加载后观察支架活柱11受力和和岩石15内部裂隙发育；实验4):通过调节可变架型液压支架9的顶梁10、掩护梁12、底板14、活柱11及前后连杆13的两两铰接位置，模拟井下常用的三种架型液压支架，即支撑式液压支架、掩护式液压支架、以及支撑掩护式液压支架，然后进行液压加载实验，并通过信号采集和处理系统分析不同架型的支架适应性。
[0025]上述试验中，设定声发射测试装置的主放为40dB，门槛值为40dB，探头谐振频率为20?400KHz，采样频率为IO6次/s，这样得出的波形图更加完整。
【权利要求】
1.一种矿用采煤工作面支护模拟测试平台，其特征在于，包括可调节角度底座、加载实验平台、液压加载装置、可变架型液压支架、岩石、信号采集系统以及信号处理器，其中：所述可调节角度底座包括两帮穿孔的梯形体和铰接板，通过改变两两之间的铰接位置模拟常见的三种类型工作面，即近水平工作面、倾斜工作面、急倾斜工作面； 所述加载实验平台包括两根带有等间距分布钻孔的钢梁，放置在可调节角度底座上； 所述液压加载装置包括加载顶梁、布置在加载顶梁下的加载液压缸、以及布置在加载液压缸下的加载垫板，所述加载顶梁与加载实验平台的钢梁是通过钻孔和螺栓铰接在一起，可以上下移动； 所述可变架型液压支架放置在加载垫板下方，包括相互铰接的打孔的钢板、活柱及前后连杆，通过变换相互间的铰接方式模拟井下常用的三种架型液压支架，即支撑式液压支架、掩护式液压支架、以及支撑掩护式液压支架； 所述岩石放置在支架顶梁上方和支架底板下方，根据实际情况选择相应的材料模拟采场的顶底板； 所述信号采集系统包括黏贴在岩石的外侧的声信号传感器、采集声信号的声信号放大器、采集加载液压缸和液压支架活柱的压力信号的压力采集器和压力传感器； 所述信号处理系统包括分析声信号放大器输送的声信号的波形分析处理器、显示压力传感器获得的压力值的压力示波器。
2.如权利要求I所述一种矿用采煤工作面支护模拟测试平台，其特征在于：所述可变架型液压支架的活柱下部、加载液压缸与加载垫板的作用面之间都连接了压力采集器。
3.根据权利要求I所述一种矿用采煤工作面支护模拟测试平台，其特征在于：所述压力采集器、压力传感器和压力示波器是依次连接在一起。
4.根据权利要求I所述一种矿用采煤工作面支护模拟测试平台，其特征在于：所述声信号传感器、声信号放大器、波形分析处理器是依次连接在一起。
【文档编号】G01M13/00GK203551261SQ201320618109
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年10月8日 优先权日:2013年10月8日
【发明者】彭瑞, 孟祥瑞, 赵光明, 黄四光, 纵帅 申请人:安徽理工大学