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原文传递一种综放工作面三维群组协同放煤模拟装置及实验方法

专利名称：	一种综放工作面三维群组协同放煤模拟装置及实验方法
摘要：	本发明公开了一种综放工作面三维群组协同放煤模拟装置及实验方法，本发明构建了能够模拟综放工作面不同工艺放煤的群组协同放煤装置，通过液压系统控制液压支架插板的伸缩从而实现任意多个放煤口的打开闭合，通过螺旋杆的转动实现液压支架的移架，放煤步距隔板和泡沫支撑体可以防止顶煤冒落，放煤步距隔板上一个刻度可以代表一个放煤步距，四周有机玻璃板的设置，可记录分析放煤过程中的煤矸运动规律。本装置为研究群组协同放煤方法在不同地质条件下的放煤工艺参数提供了实验室模拟条件，本发明可实现多放煤口共同作业，提高放煤效率，可以使煤矸分界面形成一条近似倾斜的直线，减少矸石层混入煤层中，提高顶煤回收率和含矸率。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河南;41
申请人：	河南理工大学
发明人：	王文;张伟宇;芦晓伟;李东印;李化敏;张旭和;袁瑞甫
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-24T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201910336357.X
公开号：	CN110044757A
代理机构：	苏州拓云知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	潘好帅
分类号：	G01N5/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N5
申请人地址：	454003 河南省焦作市高新区世纪大道2001号
主权项：	1.一种综放工作面三维群组协同放煤模拟装置，其包括实验装置框架(1)、液压支架(2)、螺旋杆(3)、泡沫支撑体(4)、闭合插板(6)、模拟顶煤矸石的散体材料(7)、液压支架底部螺母结构(8)、闭合插板载体结构(9)、放煤步距隔板(12)、液压油泵(15)、控制器(16)；其特征在于，所述液压支架(2)设置在实验装置框架(1)的底板上，所述实验装置框架(1)的底板上的一侧还设置有泡沫支撑体(4)，所述泡沫支撑体(4)上支撑设置有所述放煤步距隔板(12)；所述闭合插板载体结构(9)焊接在实验装置框架(1)的底板上；且所述闭合插板6为抽屉式插板，其放置在闭合插板载体结构(9)上，可闭合实验装置框架(1)底板开口部分；所述放煤步距隔板(12)以及液压支架(2)的上方分层填充设置有模拟顶煤矸石的散体材料(7)；所述液压支架(2)的底部采用液压支架底部螺母结构(8)螺纹连接的螺旋杆(3)进行驱动连接，以便由所述螺旋杆(3)进行驱动移动，以便实现液压支架的前移动作；所述液压支架(2)与液压油泵(15)驱动连接，且所述液压油泵(15)由所述控制器(16)进行控制，以便实现打开或关闭不同数量的放煤口。 2.根据权利要求1所述的一种综放工作面三维群组协同放煤模拟装置，其特征在于，所述实验装置框架(1)的底部四个角上焊接设置有装置底座(5)。 3.根据权利要求2所述的一种综放工作面三维群组协同放煤模拟装置，其特征在于，所述实验装置框架(1)的底板为长条间隔式布置。 4.根据权利要求2所述的一种综放工作面三维群组协同放煤模拟装置，其特征在于，所述放煤步距隔板(12)上标有刻度，一个刻度代表一个放煤步距。 5.根据权利要求4所述的一种综放工作面三维群组协同放煤模拟装置，其特征在于，放煤步距隔板(12)为可抽动式，放置在实验装置框架(1)中部开口位置。 6.根据权利要求1所述的一种综放工作面三维群组协同放煤模拟装置，其特征在于，所述液压支架(2)包括支架底座、立柱、液压支架顶梁(10)、液压支架尾梁(11)、尾梁油缸(13)和尾梁插板(14)，其中，所述支架底座的底部设置所述液压支架底部螺母结构(8)，所述液压支架底座上采用立柱支撑设置有液压支架顶梁(10)，所述液压支架顶梁(10)的端部连接所述液压支架尾梁(11)，所述液压支架尾梁(11)上采用所述尾梁油缸(13)连接有所述尾梁插板(14)，所述尾梁插板(14)由所述尾梁油缸(13)进行驱动伸缩，以便实现放煤口的开闭控制。 7.根据权利要求1所述的一种综放工作面三维群组协同放煤模拟装置，其特征在于，所述模拟顶煤矸石的散体材料(7)包括多层粒径不同的结构。 8.根据权利要求1所述的一种综放工作面三维群组协同放煤模拟装置，其特征在于，所述螺旋杆(3)的端部伸出实验装置框架(1)的一侧端部。 9.根据权利要求1所述的一种综放工作面三维群组协同放煤模拟装置，其特征在于，所述实验框架(1)的四周为PVC有机玻璃板。 10.根据权利要求1所述的一种综放工作面三维群组协同放煤模拟装置的实验方法，其特征在于，其包括下述步骤： (1)确定相似参数：通过现场地质条件、放煤工艺和实验室条件下的对比，计算确定几何、时间、容重相似系数的大小；几何相似系数： aL＝Lm/Ly 式中：Lm-模型尺寸；m。 Ly-原型尺寸，m。时间相似系数：式中：tm-模型时间； ty-原型时间；容重相似系数： ar＝γm/γy 式中：γm-模型容重，N/m3； γy-原型容重，N/m3； (2)准备相似模拟材料：通过对现场煤矸样品的测量和实验，根据相似参数选取合适的散体材料(7)作为实验材料来模拟破碎的顶煤和矸石； (3)铺设相似模拟材料：根据相似系数以及现场顶煤、矸石厚度，在实验装置上按特定厚度和顺序铺设一层层的散体材料(7)来模拟破碎的煤层和直接顶，将顶煤分成三个粒径大小不同的级别； (5)倾向方向多放煤口协同放煤模拟：通过控制器(16)控制液压油泵(15)给尾梁油缸(13)供液，实现尾梁插板(14)的伸缩，从而做到打开或关闭不同数量的放煤口，多个放煤口协同放煤，群组协同放煤方法包括起始放煤过程、中间放煤过程和末端放煤过程；起始放煤过程：多放煤口协同放煤起始放煤方式有“同时打开逆次关闭”“顺次等差打开”“顺次间隔等差打开”，以“同时打开逆次关闭”起始放煤方式，首先通过控制器同时打开n个放煤口，然后以一定的时间间隔逆次关闭各放煤口，起始放煤结束后煤岩分界面会形成一个近似倾斜的直线；中间放煤过程：在起始放煤条件的基础上，同时打开n个放煤口，按照见矸关门的原则关闭见矸的放煤口，同时打开一个临近的放煤口，始终保持n个放煤口同时放煤；末端放煤过程：末端放煤是多放煤口放煤的最后一个阶段，即最后一个n个放煤口放煤过程，按照见矸关门的原则，将最后一个n个放煤口依次关闭，直至最后一个放煤口关闭，倾向方向放煤过程结束； (6)走向方向放煤模拟：倾向方向放煤结束后，依次抽出泡沫支撑体(4)，将放煤步距隔板拉出一个步距，通过转动螺旋杆，将液压支架前移与放煤步距隔板相接，同时移动闭合插板紧跟尾梁，与尾梁相接，然后重复步骤(5)，放出该步距液压支架上部顶煤；然后依次重复上述步骤，进行下一轮放煤，直至将所有顶煤放出； (7)放出材料测量及结果分析：用筛子将模拟顶煤和矸石的散体材料分成两部分，分别称出其质量，算出顶煤回收率和含矸率，观察并分析放煤过程中煤矸分界线的移动规律；顶煤回收率： C＝Mc/ρcL1L2H 式中：Mc-放出散体顶煤的质量，kg； ρc-堆积散体顶煤的密度，kg/m3； L1-放煤区域底部长，m； L2-放煤区域底部宽，m； H-模拟煤层的厚度，m；含矸率： R＝Mr/(Mc+Mr) 式中：Mc-放出散体顶煤的质量，kg； Mr-放出散体矸石的质量，kg。
所属类别：	发明专利