本发明属于煤矿领域，特别是涉及有采煤工作面相似模拟实验台。
背景技术
矿山井下生产时易发生煤岩动力灾害，给煤矿安全生产带了极大威胁，而这些灾害事故的发生，均与“围岩-支护”之间的不适应、围岩裂隙发育有关。当设计的支架不能很好的适应采煤工作面时，将会导致支架压架、顶板断裂步距增大，甚至是顶板冒落；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，当围岩裂隙发育时，极易发生瓦斯突出、裂隙带导水，甚至是瓦斯爆炸和突水事故发生。所以研究“围岩-支护”关系、围岩裂隙发育，对指导煤矿安全生产有重要意义。测试“围岩-支护”关系曲线是指导支架设计的重要依据，通过声波信号测试煤岩体裂隙发育，也是目前较为有效的手段。
目前的矿用采煤工作面相似模拟实验模型，存在以下的不足：1、无法模拟立体实验，只能在平面相似模型上进行模拟；2、无法保证模拟底座的强度，通过钢板等铰接方式模拟的可调节角度的底座是无法承受较大的加载应力；3、无法测试“围岩-支护”特征曲线以及围岩裂隙发育，仅仅通过应变片监测、位移观测是无法得出精确的数据。
技术实现要素：
本发明为一种适用不同架型液压支架的采煤工作面相似模拟实验台，根据相似模拟原理和真实采场的环境设计的三维模型，利用信号采集系统和信号处理系统，能够获得准确的“围岩-支护”关系特性曲线、顶板裂隙发育和顶板断裂步距，同时可以具有一台多用的功能，即可以在同一台实验平台上实现不同架型液压支架、不同采场环境下的三维仿真模拟实验，得出精确的数据。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种适用不同架型液压支架的采煤工作面相似模拟实验台，包括底座，所述底座包括梯台和稳定块，并且梯台的顶部开设有凹槽，所述梯台和稳定块的顶部均转动连接有旋转装置，并且旋转装置的顶部活动连接有液压加载装置。
进一步地，所述旋转装置的包括可旋转连接支座，并且可旋转连接支座的顶部转动连接有支撑千斤顶，所述支撑千斤顶的顶部通过可旋转连接支座与液压加载装置的表面转动连接。
进一步地，所述液压加载装置包括加载顶梁，并且加载顶梁的表面通过高强度螺栓铰接有带孔立柱，所述加载顶梁的底部设置有加载千斤顶，所述加载千斤顶的底部固定有液压活柱，并且液压活柱的底端固定连接有承压板，所述带孔立柱的表面通过连接板与可旋转连接支座的表面固定连接，并且液压加载装置的内部放置有多功能液压支架。
进一步地，所述多功能液压支架包括顶板，并且顶板的表面转动连接有掩护板，所述掩护板的底部通过连杆转动连接有底板，并且底板的顶部通过液压活柱与顶板的底部转动连接，所述顶板的顶部和底板的底部均放置有模拟岩层。
进一步地，所述液压活柱的表面分别固定有应变采集器和压力采集器，并且应变采集器和压力采集器的输出端均与信号集成器的输入端连接，所述信号集成器的输出端与曲线分系仪的输入端连接。
进一步地，所述模拟岩层的表面固定有声波信号采集器，并且声波信号采集器的输出端与声波转换器的输入端连接，所述声波转换器的输出端与裂隙信号分析仪的输入端连接。
进一步地，所述梯台的高度高于稳定块和凹槽的高度。
一种适用不同架型液压支架的采煤工作面相似模拟实验台的实验方法，其特征在于，包括如下步骤；
步骤一，将加载顶梁通过高强度螺栓铰接在带孔立柱的合适位置上，保证可以沿着带孔立柱上下移动，在加载顶梁下方布置加载千斤顶，将承压板安装在加载千斤顶的液压活柱下，保证加载顶梁和承压板的高度合适；
步骤二，待液压加载装置组装完成后，并固定在底座的旋转装置18上，通过可旋转连接支座和支撑千斤顶，保证液压加载装置具有一定的转动空间；
步骤三，根据实际工况，选择不同材料的板模拟岩层放置在多功能液压支架的顶板上方和底板下方，并且保证板模拟岩层能够与顶板上方和底板下方充分接触；
步骤四，将应变采集器黏贴在加载千斤顶的液压活柱上，将压力采集器黏弹在多功能液压支架的液压活柱上，将声波信号采集器黏贴在模拟岩层的外侧，保证应变采集器、压力采集器和声波信号采集器的黏贴牢固，有利于信号采集的精准度，提高信号输出的稳定性；
步骤五，通过加载千斤顶控制液压加载装置的加载力大小，模拟不同埋深条件；通过伸缩支撑千斤顶的液压活柱的长度，模拟不同倾角的采煤工作面；
步骤六，通过变换多功能液压支架的顶板、底板、掩护板和液压活柱以及连杆两两之间的铰接位置，模拟不同架型液压支架；
步骤七，将应变采集器、压力采集器采集到的应变、压力信号经过信号集成，传输给曲线分析仪进行分析处理，将声波信号采集器，采集到的声波信号经声波转换器，传输到裂隙信号分析仪，获得模拟采煤工作面的裂隙发育情况和断裂步距，再通过分析系统进行分析和判断。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明设计采煤工作面相似模拟实验台，通过变换多功能液压支架的顶板、底板、掩护板和液压活柱以及连杆两两之间的铰接位置，模拟不同架型液压支架，使同一台实验平台上实现不同架型液压支架、不同采场环境下的三维仿真模拟实验，解决了无法模拟立体实验，只能在平面相似模型上进行模拟的问题。
2、本发明的采煤工作面相似模拟实验台，通过梯台和稳定块保证了底座的强度，大大提高了加载能力，保证了模拟底座的强度，再通过带孔立柱、加载顶梁、高强度螺栓、加载千斤顶、液压活柱和承压板，解决了通过钢板等铰接方式模拟的可调节角度的底座是无法承受较大的加载应力的问题。
3、本发明的采煤工作面相似模拟实验台，通过应变采集器、压力采集器采集到的应变、压力信号经过信号集成，传输给曲线分析仪进行分析处理，将声波信号采集器，采集到的声波信号经声波转换器，传输到裂隙信号分析仪，获得模拟采煤工作面的裂隙发育情况和断裂步距，再通过分析系统进行分析和判断，解决了无法测试“围岩-支护”特征曲线以及围岩裂隙发育，仅仅通过应变片监测、位移观测是无法得出精确的数据的问题，大大提高了数据的精准度。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明采煤工作面相似模拟实验台的结构示意图；
图2为本发明底座的结构示意图；
图3为本发明旋转装置的结构示意图；
图4为本发明液压加载装置的结构示意图；
图5为本发明液压加载装置的侧视图；
图6为本发明多功能液压支架的结构示意图；
图7为本发明顶板、掩护板和连杆的内部图；
图8为本发明曲线分系仪和信号集成器的工作原理图；
图9为本发明声波转换器和裂隙信号分析仪的工作原理图。
图中：1-底座；2-梯台；3-稳定块；4-凹槽；5-液压加载装置；6-带孔立柱；7-加载顶梁；8-高强度螺栓；9-加载千斤顶；10-液压活柱；11-承压板；12-多功能液压支架；13-顶板；14-底板；15-掩护板；16-连杆；17-模拟岩层；18-旋转装置；21-可旋转连接支座；22-支撑千斤顶；25-声波信号采集器；26-声波转换器；27-应变采集器；28-压力采集器；29-信号集成器；30-裂隙信号分析仪；31-曲线分系仪。
具体实施方式
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1-9所示，本发明为采煤工作面相似模拟实验台，包括底座1，底座1包括梯台2和稳定块3，并且梯台2的顶部开设有凹槽4，梯台2和稳定块3的顶部均转动连接有旋转装置18，并且旋转装置18的顶部活动连接有液压加载装置5。
进一步地，旋转装置18的包括可旋转连接支座21，并且可旋转连接支座21的顶部转动连接有支撑千斤顶22，支撑千斤顶22的顶部通过可旋转连接支座21与液压加载装置5的表面转动连接。
进一步地，液压加载装置5包括加载顶梁7，并且加载顶梁7的表面通过高强度螺栓8铰接有带孔立柱6，加载顶梁7的底部设置有加载千斤顶9，加载千斤顶9的底部固定有液压活柱10，并且液压活柱10的底端固定连接有承压板11，带孔立柱6的表面通过连接板与可旋转连接支座21的表面固定连接，并且液压加载装置5的内部放置有多功能液压支架12。
进一步地，多功能液压支架12包括顶板13，并且顶板13的表面转动连接有掩护板15，掩护板15的底部通过连杆16转动连接有底板14，并且底板14的顶部通过液压活柱10与顶板13的底部转动连接，顶板13的顶部和底板14的底部均放置有模拟岩层17。
进一步地，液压活柱10的表面分别固定有应变采集器27和压力采集器28，并且应变采集器27和压力采集器28的输出端均与信号集成器29的输入端连接，信号集成器29的输出端与曲线分系仪31的输入端连接。
进一步地，模拟岩层17的表面固定有声波信号采集器25，并且声波信号采集器25的输出端与声波转换器26的输入端连接，声波转换器26的输出端与裂隙信号分析仪30的输入端连接。
进一步地，梯台2的高度高于稳定块3和凹槽4的高度。
如图1-9所示，一种适用不同架型液压支架的采煤工作面相似模拟实验台的实验方法，包括如下步骤；
步骤一，将加载顶梁7通过高强度螺栓8铰接在带孔立柱6的合适位置上，保证可以沿着带孔立柱6上下移动，在加载顶梁7下方布置加载千斤顶9，将承压板11安装在加载千斤顶8的液压活柱10下，保证加载顶梁7和承压板11的高度合适；
步骤二，待液压加载装置5组装完成后，并固定在底座1的旋转装置18上，通过可旋转连接支座21和支撑千斤顶22，保证液压加载装置5具有一定的转动空间；
步骤三，根据实际工况，选择不同材料的板模拟岩层17放置在多功能液压支架12的顶板13上方和底板14下方，并且保证板模拟岩层17能够与顶板13上方和底板14下方充分接触；
步骤四，将应变采集器27黏贴在加载千斤顶9的液压活柱10上，将压力采集器28黏弹在多功能液压支架12的液压活柱10上，将声波信号采集器25黏贴在模拟岩层17的外侧，保证应变采集器27、压力采集器28和声波信号采集器28的黏贴牢固，有利于信号采集的精准度，提高信号输出的稳定性；
步骤五，通过加载千斤顶9控制液压加载装置5的加载力大小，模拟不同埋深条件；通过伸缩支撑千斤顶22的液压活柱10的长度，模拟不同倾角的采煤工作面；
步骤六，通过变换多功能液压支架12的顶板13、底板14、掩护板15和液压活柱10以及连杆16两两之间的铰接位置，模拟不同架型液压支架；
步骤七，将应变采集器27、压力采集器28采集到的应变、压力信号经过信号集成29，传输给曲线分析仪31进行分析处理，将声波信号采集器25，采集到的声波信号经声波转换器26，传输到裂隙信号分析仪30，获得模拟采煤工作面的裂隙发育情况和断裂步距，再通过分析系统进行分析和判断。
在进行采煤工作面相似模拟实验台的实验时，此处要注意：1.加载顶梁7通过高强度螺栓8铰接在带孔立柱6上，要通过承压板11的位置对加载顶梁7进行适当的调整；2.保证板模拟岩层17能够与顶板13上方和底板14下方充分接触；3.保证应变采集器27、压力采集器28和声波信号采集器28的黏贴牢固，有利于信号采集的精准度，提高信号输出的稳定性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料过着特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。