一種演示煤層開(kāi)采頂板動(dòng)態(tài)變化的仿真系統(tǒng)模型的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種演示煤層開(kāi)采頂板動(dòng)態(tài)變化的仿真系統(tǒng)模型，包括：砌體梁模塊，由第一砌體梁模塊（2）、砌體梁主體（1）和第二砌體梁模塊（3）構(gòu)成；直接頂模塊，包括用于支撐所述第一砌體梁模塊（2）的第一直接頂模塊（4）以及至少4個(gè)第二直接頂模塊（5）；用于支撐所述第一直接頂模塊（4）的第一偽頂模塊（6）和煤層模塊（7）；用于支撐后一部分所述第二直接頂模塊（5）的擋板（8），其高度低于所述煤層模塊（7）；氣囊（9），置于所述擋板（8）、所述第二直接頂模塊（5）和煤層模塊（7）之間形成的容納空腔內(nèi)。本發(fā)明所述系統(tǒng)模型能動(dòng)態(tài)演示煤層開(kāi)采及頂板結(jié)構(gòu)變化，制作簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，還可以循環(huán)演示。
【專利說(shuō)明】一種演示煤層開(kāi)采頂板動(dòng)態(tài)變化的仿真系統(tǒng)模型
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤礦開(kāi)采可視化礦壓顯現(xiàn)綜合仿真模型，尤其適合煤礦開(kāi)采中煤層頂板結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程的教學(xué)演示。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭行業(yè)教學(xué)、生產(chǎn)和科研活動(dòng)中，礦壓顯現(xiàn)活動(dòng)是研究的核心，而煤層頂板結(jié)構(gòu)變化又是所有研究的重要內(nèi)容，為了使井下復(fù)雜又看不見(jiàn)的頂板結(jié)構(gòu)變化讓所有人了解，目前主要的方法是制作頂板的結(jié)構(gòu)靜態(tài)示意圖和結(jié)構(gòu)靜態(tài)模型。但是此類方法無(wú)法闡明礦壓顯現(xiàn)的過(guò)程；極少的電氣自動(dòng)化模型不僅很難重現(xiàn)頂板具體變化過(guò)程，同時(shí)造價(jià)昂貴，易于損壞等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有闡明礦壓顯現(xiàn)和頂板結(jié)構(gòu)變化模型的缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、可循環(huán)演示的闡明頂板結(jié)構(gòu)變化和礦壓動(dòng)態(tài)顯現(xiàn)的綜合仿真模型。
[0004]一種演示煤層開(kāi)采頂板動(dòng)態(tài)變化的仿真系統(tǒng)模型，包括從下至上依次包括煤層模塊、偽頂模塊、直接頂模塊和砌體梁模塊；
[0005]所述砌體梁模塊由第一砌體梁模塊、砌體梁主體和第二砌體梁模塊構(gòu)成,其中,所述砌體梁主體與所述第一砌體梁模塊的底部鉸接，與所述第二砌體梁模塊的頂部鉸接；
[0006]所述直接頂模塊包括第一直接頂模塊以及至少4個(gè)第二直接頂模塊，其中，第一個(gè)所述第二直接頂模塊與第一直接頂模塊的底部鉸接，前一部分所述第二直接頂模塊與其前一個(gè)所述第二直接頂模塊的底部鉸接，后一部分所述第二直接頂模塊與其前一個(gè)所述第二直接頂模塊的頂部鉸接；
[0007]所述偽頂模塊包括第一偽頂模塊和兩個(gè)所述第二偽頂模塊；
[0008]在后一部分所述第二直接頂模塊的底部設(shè)置有擋板，其高度低于所述煤層模塊；
[0009]氣囊，置于所述擋板、所述第二直接頂模塊和煤層模塊之間形成的容納空腔內(nèi)，所述氣囊充氣后的高度等于所述偽頂模塊和所述煤層模塊之和。
[0010]本發(fā)明所述的演示煤層開(kāi)采頂板動(dòng)態(tài)變化的仿真系統(tǒng)模型，其中所述煤層模塊、所述第一偽頂模塊、所述第一直接頂模塊和所述第一砌體梁模塊之間通過(guò)粘結(jié)劑固定；
[0011]在所述容納空間內(nèi)靠近所述煤層模塊處還設(shè)置有液壓模塊，在所述第二砌體梁模塊的底部還設(shè)置有矸石模塊；所述砌體梁模塊由PVC材料制成，所述直接頂模塊由塑料泡沫制成，所述第一偽頂模塊由木材或PVC材料制成，兩個(gè)所述第二偽頂模塊由具有彈性的可變形材料制成，其中一個(gè)固定在所述煤層模塊頂部，位于第I個(gè)所述第二直接頂模塊的底部，另一個(gè)所述第二偽頂模塊固定在所述液壓模塊上。
[0012]本發(fā)明所述的演示煤層開(kāi)采頂板動(dòng)態(tài)變化的仿真系統(tǒng)模型，其中所述第一直接頂模塊、的長(zhǎng)度小于所述第一砌體梁模塊、，且大于所述第一偽頂模塊的長(zhǎng)度，所述煤層模塊的長(zhǎng)度大于所述第一砌體梁模塊，多個(gè)所述第二直接頂模塊的長(zhǎng)度之和大于所述砌體梁主體的長(zhǎng)度，所述液壓模塊的高度同所述煤層模塊的高度。
[0013]本發(fā)明所述的演示煤層開(kāi)采頂板動(dòng)態(tài)變化的仿真系統(tǒng)模型，其中所述第二直接頂模塊為7個(gè)，其中，從左至右第I個(gè)所述第二直接頂模塊與所述第一直接頂模塊的底部鉸接，第2~5個(gè)所述第二直接頂模塊與其前一個(gè)所述第二直接頂模塊的底部鉸接，第6和7個(gè)所述第二直接頂模塊與其前一個(gè)所述第二直接頂模塊的頂部鉸接；所述擋板設(shè)置于第7個(gè)所述第二直接頂模塊的底部。
[0014]本發(fā)明所述的演示煤層開(kāi)采頂板動(dòng)態(tài)變化的仿真系統(tǒng)模型，其中所述氣囊包括囊體和通氣管，在靠近所述囊體的所述通氣管處設(shè)置有充放氣開(kāi)關(guān)，當(dāng)所述氣囊處于充氣狀態(tài)時(shí)，支撐所述多個(gè)所述第二直接頂模塊與第一直接頂模塊連成一條直線并處于水平位置；所述氣囊為兩個(gè)，兩個(gè)氣囊的放氣表示對(duì)煤層的開(kāi)采。
[0015]本發(fā)明所述的演示煤層開(kāi)采頂板動(dòng)態(tài)變化的仿真系統(tǒng)模型，其中所述煤層模塊與所述第一偽頂模塊的長(zhǎng)度之差為L(zhǎng)1，所述第一偽頂模塊與所述第一直接頂模塊的長(zhǎng)度之差為L(zhǎng)2，所述第一直接頂模塊和所述第一砌體梁模塊的長(zhǎng)度之差為L(zhǎng)3 ；
[0016]所述LI通過(guò)如下公式計(jì)算得出:
【權(quán)利要求】
1.一種演示煤層開(kāi)采頂板動(dòng)態(tài)變化的仿真系統(tǒng)模型，其特征在于:包括從下至上依次包括煤層模塊(7)、偽頂模塊、直接頂模塊和砌體梁模塊； 所述砌體梁模塊由第一砌體梁模塊(2)、砌體梁主體(1)和第二砌體梁模塊(3)構(gòu)成，其中，所述砌體梁主體(1)與所述第一砌體梁模塊(2)的底部鉸接，與所述第二砌體梁模塊(3)的頂部鉸接； 所述直接頂模塊包括第一直接頂模塊(4)以及至少4個(gè)第二直接頂模塊(5)，其中，第一個(gè)所述第二直接頂模塊(5)與第一直接頂模塊(4)的底部鉸接，前一部分所述第二直接頂模塊(5)與其前一個(gè)所述第二直接頂模塊(5)的底部鉸接，后一部分所述第二直接頂模塊(5)與其前一個(gè)所述第二直接頂模塊(5)的頂部鉸接； 所述偽頂模塊包括第一偽頂模塊(6)和兩個(gè)所述第二偽頂模塊(13)； 在后一部分所述第二直接頂模塊(5)的底部設(shè)置有擋板(8)，其高度低于所述煤層模塊(7); 氣囊(9)，置于所述擋板(8)、所述第二直接頂模塊(5)和煤層模塊(7)之間形成的容納空腔內(nèi)，所述氣囊(9)充氣后的高度等于所述偽頂模塊和所述煤層模塊(7)之和。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的演示煤層開(kāi)采頂板動(dòng)態(tài)變化的仿真系統(tǒng)模型，其特征在于:所述煤層模塊(7)、所述第一偽頂模塊(6)、所述第一直接頂模塊(4)和所述第一砌體梁模塊(2)之間通過(guò)粘結(jié)劑固定； 在所述容納空間內(nèi)靠近所述煤層模塊(7)處還設(shè)置有液壓模塊(12)，在所述第二砌體梁模塊(3)的底部還設(shè)置有矸石模塊(10);所述砌體梁模塊由PVC材料制成，所述直接頂模塊由塑料泡沫制成，所述第一偽頂模塊(6 )由木材或PVC材料制成，兩個(gè)所述第二偽頂模塊`(13)由具有彈性的可變形材料制成，其中一個(gè)固定在所述煤層模塊頂部，位于第I個(gè)所述第二直接頂模塊(5)的底部，另一個(gè)所述第二偽頂模塊(13)固定在所述液壓模塊(12)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的演示煤層開(kāi)采頂板動(dòng)態(tài)變化的仿真系統(tǒng)模型，其特征在于: 所述第一直接頂模塊(4)的長(zhǎng)度小于所述第一砌體梁模塊(2),且大于所述第一偽頂模塊(6)的長(zhǎng)度，所述煤層模塊(7)的長(zhǎng)度大于所述第一砌體梁模塊(2)，多個(gè)所述第二直接頂模塊(5)的長(zhǎng)度之和大于所述砌體梁主體(1)的長(zhǎng)度，所述液壓模塊(12)的高度同所述煤層模塊(7)的高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的演示煤層開(kāi)采頂板動(dòng)態(tài)變化的仿真系統(tǒng)模型，其特征在于:所述第二直接頂模塊(5)為7個(gè)，其中，從左至右第I個(gè)所述第二直接頂模塊(5)與所述第一直接頂模塊(4)的底部鉸接，第2~5個(gè)所述第二直接頂模塊(5)與其前一個(gè)所述第二直接頂模塊(5)的底部鉸接，第6和7個(gè)所述第二直接頂模塊(5)與其前一個(gè)所述第二直接頂模塊(5)的頂部鉸接；所述擋板(8)設(shè)置于第7個(gè)所述第二直接頂模塊(5)的底部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的演示煤層開(kāi)采頂板動(dòng)態(tài)變化的仿真系統(tǒng)模型，其特征在于:所述氣囊(9)包括囊體和通氣管(13)，在靠近所述囊體的所述通氣管(13)處設(shè)置有充放氣開(kāi)關(guān)(14)，當(dāng)所述氣囊處于充氣狀態(tài)時(shí)，支撐所述多個(gè)所述第二直接頂模塊(5)與第一直接頂模塊(4)連成一條直線并處于水平位置；所述氣囊(9)為兩個(gè)，兩個(gè)氣囊的放氣表示對(duì)煤層的開(kāi)采。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的演示煤層開(kāi)采頂板動(dòng)態(tài)變化的仿真系統(tǒng)模型，其特征在于:所述煤層模塊(7)與所述第一偽頂模塊(6)的長(zhǎng)度之差為L(zhǎng)1，所述第一偽頂模塊(6)與所述第一直接頂模塊(4)的長(zhǎng)度之差為L(zhǎng)2，所述第一直接頂模塊(4)和所述第一砌體梁模塊(2)的長(zhǎng)度之差為L(zhǎng)3 ； 所述LI通過(guò)如下公式計(jì)算得出:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的演示煤層開(kāi)釆頂板動(dòng)態(tài)變化的仿真系統(tǒng)模型，其特征在于: 所述第一偽頂模塊(6)靠近釆空區(qū)一側(cè)的側(cè)壁的最低點(diǎn)Al、所述第一直接頂模塊(4)靠近釆空區(qū)一側(cè)的側(cè)壁的最低點(diǎn)BI和所述第一砌體梁模塊(2)靠近釆空區(qū)一側(cè)的側(cè)壁的最低點(diǎn)Cl三個(gè)點(diǎn)均在同一個(gè)橢圓上，橢圓方程如下:
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的演示煤層開(kāi)采頂板動(dòng)態(tài)變化的仿真系統(tǒng)模型，其特征在于: 所述矸石模塊(10)和所述擋板(8)的高度采用如下公式計(jì)算得到:
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的演示煤層開(kāi)采頂板動(dòng)態(tài)變化的仿真系統(tǒng)模型，其特征在于:還包括容納所述模型的模型箱體(11)，其由透明材料制成；所述的鉸接指通過(guò)合頁(yè)(14)進(jìn)行連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的演示煤層開(kāi)采頂板動(dòng)態(tài)變化的仿真系統(tǒng)模型，其特征在于: ω為0.024，所述模型箱體(11)的尺寸為110cmX20cmX60cm;所述煤層模塊(7)的尺寸為35cmX 18cmX 12cm ;所述第一偽頂模塊(6)尺寸為20cmX 18cmX5cm,所述直接頂模塊高度為8cm，由I個(gè)尺寸為20.2cmX 18cmX8cm的第一直接頂模塊(4)和7個(gè)尺寸為ScmXIScmXScm的第二直接頂模塊(5)組成，所述第一砌體梁模塊(2)尺寸為21.3cmX18cmX22cm，所述砌體梁主體(1)尺寸為54cmX 18cmX22cm ;所述第二砌體梁模塊(3)尺寸為18cmX18cmX22cm ;所述氣囊(9)長(zhǎng)18cm，直徑17cm ;所述擋板(8)尺寸為4cmX 18cmX9.6cm ;所述砰石模塊(10)的高度為9.6cm。
【文檔編號(hào)】G09B25/02GK103500528SQ201310432128
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】成云海, 馮飛勝, 樊俊鵬, 孫振平, 任禹, 朱萌萌 申請(qǐng)人:安徽理工大學(xué)