專利名稱：一種可自動(dòng)控制的綜放開采散體可視化模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種受控綜放開采散體可視化模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了綜放開采煤矸流動(dòng)特征及混矸規(guī)律可視模擬與自動(dòng)化控制，同時(shí)可以對(duì)不同開采條件進(jìn)行模擬，探索不同放煤工藝等對(duì)綜放過程頂煤回采的影響，為自動(dòng)化放頂煤合理工藝參數(shù)的確定提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。因此，針對(duì)大采高綜放工作面地質(zhì)與技術(shù)條件，進(jìn)行大采高綜放工作面煤矸流場特征研究，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化其工藝參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)工作面安全高效開采，成為迫切需要解決的問題。
背景技術(shù)：
綜放工作面現(xiàn)場實(shí)踐表明，分析和掌握綜放開采煤矸流動(dòng)及混矸規(guī)律，是合理優(yōu)化確定綜放工作面放煤工藝參數(shù)的基礎(chǔ)，對(duì)于綜放工作面安全高效開采具有重要的指導(dǎo)意義。根據(jù)相似理論和綜放工作面的煤巖垮落散體特征，可通過實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行散體模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中的支架移動(dòng)、放煤口開啟及關(guān)閉等各項(xiàng)工序的模擬實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，煤矸流動(dòng)及混矸規(guī)律全程可視化，解決了綜放開采相似模擬實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)目前采礦實(shí)驗(yàn)需要解決的問題，提供一種工藝簡單，操作方便，控制性好，精準(zhǔn)程度高，效果好的可自動(dòng)控制的綜放開采散體可視化實(shí)驗(yàn)臺(tái)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下述:受控綜放開采散體可視化模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架、可視部分、遙控控制裝置、頂煤支承柵及移動(dòng)系統(tǒng)、支架移動(dòng)系統(tǒng)和角度調(diào)節(jié)系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)臺(tái)主體采用的是框架式結(jié)構(gòu)，其特征在于:實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架的側(cè)面采用透明塑料板，遙控控制裝置對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)控制，實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)控制參數(shù)采用遙控控制裝置進(jìn)行設(shè)置，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架模擬初始采空區(qū)，在初始采空區(qū)后方放置一個(gè)矸石擋板，使模擬直接處于正常的放頂煤情況；頂煤與頂板通過支架對(duì)頂煤支承柵臨時(shí)支護(hù)，支架采用簡易放頂煤支架，支架設(shè)有在自移的軌道上移動(dòng)的齒輪，支架齒輪由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，與支架齒輪嚙合的齒條固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架底板上，頂煤支承柵由所述步進(jìn)電機(jī)通過遙控控制支架在自移的軌道上移動(dòng)，遙控控制裝置預(yù)先設(shè)置移動(dòng)步距，模型裝填完畢后；放煤口上設(shè)有放煤插板，放煤插板由遙控控制裝置控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)對(duì)放煤插板上下對(duì)應(yīng)的打開關(guān)閉動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放煤，放煤結(jié)束后，在塑料板上進(jìn)行軌跡的描繪。步進(jìn)電機(jī)控制支架自移的軌道，以此重復(fù)完成循環(huán)。進(jìn)一步的，實(shí)驗(yàn)臺(tái)側(cè)面采用透明塑料板，方便軌跡的描繪；系統(tǒng)自動(dòng)控制的參數(shù)采用遙控進(jìn)行設(shè)置，在操作界面上通過摁鈕實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，包括頂煤支撐柵、簡易支架的移動(dòng)及放煤口的關(guān)閉等。進(jìn)一步的，簡易放頂煤支架包括頂梁、支撐板、尾梁和支撐梁，頂梁、支撐板及尾梁、支撐梁保持平行，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在支撐梁的中間位置，控制放煤插板的關(guān)閉。進(jìn)一步的，支撐板和支撐梁通過前立柱固定，前立柱上設(shè)等間距的密集螺栓穿過的小孔，通過改變螺栓位置來調(diào)節(jié)支架的采高，尾梁和前立柱之間設(shè)連桿，連桿與尾梁之間采用鉸接式連接，連桿與前立柱之間是通過插銷固定在所述小孔上。
進(jìn)一步的，頂煤支承柵采用若干排列的空心鋼管，空心鋼管的中央為柵格，兩端頭部均設(shè)有實(shí)心圓柱并連接有軸承，軸承卡槽套有鋼圈采用鏈條連接，空心鋼管之間留I 2mm的間隙，將軸承安裝在不銹鋼U槽中，作為運(yùn)動(dòng)的軌跡。頂煤支承柵兩端頭部設(shè)有的實(shí)心圓柱連接在電機(jī)輸出端，通過控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)心圓柱即頂煤支撐柵的移動(dòng)，誤差小于1_。進(jìn)一步的，頂梁和尾梁之間、支撐板和支撐梁均由合頁連接，以此實(shí)現(xiàn)角度的調(diào)整，調(diào)整過程通過改變連桿與立柱小孔的相對(duì)位置并由插銷固定對(duì)齊的小孔來實(shí)現(xiàn)，調(diào)整過程中要保持尾梁與支撐梁平行；同時(shí)，在尾梁和頂梁夾角固定時(shí)，頂梁和支撐板可以同步調(diào)整高度，以此實(shí)現(xiàn)支撐高度可隨實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整過程通過改變活動(dòng)立柱與固定立柱之間相對(duì)位置并由插銷固定對(duì)齊的小孔來實(shí)現(xiàn)。另外，要求放煤插板有合理的長度來適應(yīng)放煤角和支護(hù)高度的變化。進(jìn)一步的，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過遙控進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上安有齒輪，插板尾端焊接齒條，兩者進(jìn)行剛性咬合，通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)向，控制放煤口的關(guān)閉；在實(shí)驗(yàn)臺(tái)底面鋪設(shè)兩條齒條，所述步進(jìn)電機(jī)固定在支架的底座上，輸出端裝設(shè)齒輪，與齒條相互咬合，實(shí)現(xiàn)支架的自移。進(jìn)一步的，在支架后方的采空區(qū)中放置一個(gè)能夠調(diào)節(jié)角度的擋矸板，兩端鉸接在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，可以直接模擬正常工作情況下的真實(shí)放頂煤的情況。本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)綜放開采煤矸流動(dòng)特征及混矸規(guī)律的模擬，通過自動(dòng)化控制，減少實(shí)驗(yàn)人員的工作量，同時(shí)降低由于人工操作和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察造成的相互干擾，確保實(shí)驗(yàn)具有足夠的精度，保障實(shí)驗(yàn)有序進(jìn)行，真正實(shí)現(xiàn)了綜放開采中煤矸流動(dòng)特征及混矸規(guī)律可視化及自動(dòng)化模擬，同時(shí)可對(duì)不同開采條件進(jìn)行模擬，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了綜放開采煤矸流動(dòng)特征及混矸規(guī)律可視模擬與自動(dòng)化控制，同時(shí)可對(duì)不同開采條件進(jìn)行模擬，為自動(dòng)化放頂煤合理工藝參數(shù)的確定提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是實(shí)驗(yàn)臺(tái)的主視圖。圖2是實(shí)驗(yàn)臺(tái)的左視圖。圖3是頂煤支承柵示意圖。圖例說明:1_矸石擋板，2-簡易放頂煤支架，3-放煤口控制電機(jī)，4-放煤插板，5-底板齒條，6-頂煤支承柵，8-鋼管柵電機(jī)，9-步進(jìn)電機(jī)，11-小型刮板輸送機(jī)。10-頂板軌道，12-透明塑料板，13-模型框架。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述:一種可自動(dòng)控制的綜放開采散體可視化模擬方法，實(shí)現(xiàn)了綜放開采煤矸流動(dòng)特征與混矸規(guī)律可視模擬的自動(dòng)化。本發(fā)明主要包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架、可視部分、遙控控制裝置、頂煤支承柵及滑移系統(tǒng)、簡易支架及控制系統(tǒng)和角度調(diào)節(jié)系統(tǒng)等部分。遙控控制裝置預(yù)先設(shè)置移動(dòng)步距，模型裝填完畢后；放煤口上設(shè)有放煤插板，放煤插板由遙控控制裝置控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)對(duì)放煤插板上下對(duì)應(yīng)的打開關(guān)閉動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放煤，放煤結(jié)束后，在塑料板上進(jìn)行軌跡的描繪。本發(fā)明主要包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架、可視部分、遙控控制裝置、頂煤支承柵及滑移系統(tǒng)、簡易支架及控制系統(tǒng)和角度調(diào)節(jié)系統(tǒng)等部分。實(shí)驗(yàn)臺(tái)主體采用的是框架式結(jié)構(gòu)，側(cè)面采用透明塑料板，系統(tǒng)自動(dòng)控制的參數(shù)采用遙控進(jìn)行設(shè)置；頂煤與頂板通過頂煤支承柵臨時(shí)支護(hù)，頂煤支承柵由電機(jī)控制移動(dòng)，按預(yù)先設(shè)置的移動(dòng)步距，實(shí)現(xiàn)鋼管柵自移；在初始采空區(qū)后方放置一個(gè)矸石擋板，直接模擬正常的放頂煤情況；插板通過遙控控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)完成插板打開關(guān)閉動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放煤，支架采用簡易放頂煤支架，步進(jìn)電機(jī)裝有齒輪，齒條固定在框架底板上，作為支架自移的軌道。實(shí)施步驟具體如下:(I)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，將簡易放頂煤支架2的掩護(hù)梁與插板調(diào)整為與頂板方向成固定角度，在支架后方放置一個(gè)模擬的矸石擋板1，角度變化通過更換部件來完成，可以避免初期放煤情況，直接模擬放頂煤正常工作狀態(tài)。(2)將強(qiáng)化的透明有機(jī)塑料板12安裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的框架上，并進(jìn)行加固，而后按照模擬實(shí)驗(yàn)的材料進(jìn)行模型鋪設(shè)。在模型鋪設(shè)完畢后，通過遙控控制電機(jī)3正轉(zhuǎn)打開天窗，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的首次放煤。(3)當(dāng)放煤口出現(xiàn)矸石時(shí)，利用遙控控制電機(jī)3反轉(zhuǎn)完成關(guān)閉動(dòng)作，放出的煤矸混合物采用自動(dòng)流出的方式流至框架底部后，由人工進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和處理。放煤結(jié)束關(guān)閉放煤口后，進(jìn)行移架。(4)支架底座的移動(dòng)是通過步進(jìn)電機(jī)9提供動(dòng)力，沿底板的齒條5前進(jìn)，每臺(tái)支架安設(shè)兩條齒條，通過遙控指令進(jìn)行控制，其移動(dòng)距離為放煤步距。移架完成后，進(jìn)行頂板鋼管柵6的移動(dòng)。(5)模型采用過活動(dòng)的鋼管柵6臨時(shí)支承破碎的頂煤和頂板，通過無線遙控器設(shè)定移動(dòng)步距，來控制頂板電機(jī)8的運(yùn)動(dòng)，完成移動(dòng)后，進(jìn)行煤矸流動(dòng)特征及混矸規(guī)律實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的記錄和軌跡描繪，然后進(jìn)行下一輪的放煤，以此循環(huán)進(jìn)行。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種受控綜放開采散體可視化模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架、可視部分、遙控控制裝置、頂煤支承柵及移動(dòng)系統(tǒng)、支架移動(dòng)系統(tǒng)和角度調(diào)節(jié)系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)臺(tái)主體采用的是框架式結(jié)構(gòu)，其特征在于:實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架的側(cè)面采用透明塑料板，遙控控制裝置對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)控制，實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)控制參數(shù)采用遙控控制裝置進(jìn)行設(shè)置，在臺(tái)框架模實(shí)驗(yàn)擬初始采空區(qū)，在初始采空區(qū)后方放置一個(gè)矸石擋板，使模擬直接處于正常的放頂煤情況；頂煤與頂板通過支架對(duì)頂煤支承柵臨時(shí)支護(hù)，支架采用簡易放頂煤支架，支架設(shè)有在自移的軌道上移動(dòng)的齒輪，支架齒輪由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，與支架齒輪嚙合的齒條固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架底板上，頂煤支承柵由所述步進(jìn)電機(jī)通過遙控控制支架在自移的軌道上移動(dòng)，遙控控制裝置預(yù)先設(shè)置移動(dòng)步距，模型裝填完畢后；放煤口上設(shè)有放煤插板，放煤插板由遙控控制裝置控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)對(duì)放煤插板上下對(duì)應(yīng)的打開關(guān)閉動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放煤，放煤結(jié)束后，在塑料板上進(jìn)行軌跡的描繪。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的受控綜放開采散體可視化模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征是:實(shí)驗(yàn)臺(tái)側(cè)面采用透明塑料板，方便軌跡的描繪；系統(tǒng)自動(dòng)控制的參數(shù)采用遙控進(jìn)行設(shè)置，在操作界面上通過摁鈕實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，包括頂煤支撐柵、簡易支架的移動(dòng)及放煤口的關(guān)閉等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的受控綜放開采散體可視化模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征是:簡易頂煤放支架包括頂梁、支撐板、尾梁和支撐梁，頂梁、支撐板及尾梁、支撐梁保持平行，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在支撐梁的中間位置，控制放煤插板的關(guān)閉。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的受控綜放開采散體可視化模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征是:支撐板和支撐梁通過前立柱固定，前立柱上設(shè)等間距的密集螺栓穿過的小孔，通過改變螺栓位置來調(diào)節(jié)支架的采高，尾梁和前立柱之間設(shè)連桿，連桿與尾梁之間采用鉸接式連接，連桿與前立柱之間是通過插銷固定在所述小孔上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的受控的綜放開采散體可視化模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征是:頂煤支承柵采用若干排列的空心鋼管，空心鋼管的中央為柵格，兩端頭部均設(shè)有實(shí)心圓柱并連接有軸承，軸承卡槽套有鋼圈采用鏈條連接，空心鋼管之間留I 2mm的間隙，將軸承安裝在不銹鋼U槽中，作為運(yùn)動(dòng)的軌跡。
頂煤支承柵兩端頭部設(shè)有的實(shí)心圓柱連接在電機(jī)輸出端，通過控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)心圓柱即頂煤支撐柵的移動(dòng)，誤差小于1mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的受控綜放開采散體可視化模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征是:頂梁和尾梁之間、支撐板和支撐梁均由合頁連接，以此實(shí)現(xiàn)角度的調(diào)整，調(diào)整過程通過改變連桿與立柱小孔的相對(duì)位置并由插銷固定對(duì)齊的小孔來實(shí)現(xiàn)，調(diào)整過程中要保持尾梁與支撐梁平行；同時(shí)，在尾梁和頂梁夾角固定時(shí)，頂梁和支撐板可以同步調(diào)整高度，以此實(shí)現(xiàn)支撐高度可隨實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整過程通過改變活動(dòng)立柱與固定立柱之間相對(duì)位置并由插銷固定對(duì)齊的小孔來實(shí)現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的受控綜放開采散體可視化模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征是:驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過遙控進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上安有齒輪，插板尾端焊接齒條，兩者進(jìn)行剛性咬合，通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)向，控制放煤口的關(guān)閉；在實(shí)驗(yàn)臺(tái)底面鋪設(shè)兩條齒條，所述步進(jìn)電機(jī)固定在支架的底座上，輸出端裝設(shè)齒輪，與齒條相互咬合，實(shí)現(xiàn)支架的自移。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的受控制的綜放開采散體可視化模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征是:在支架后方的采空區(qū)中放置一個(gè)能夠調(diào)節(jié)角度的擋矸板，兩端鉸接在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，可以直接模擬正常工作情況下的真實(shí)放頂煤的情況。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的受控綜放開采散體可視化模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征是:放煤插板有合理的長度來適應(yīng)放 煤角和支護(hù)高度的變化。
全文摘要
一種可自動(dòng)控制的綜放開采散體可視化模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)。包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架、可視部分、遙控控制裝置、頂煤支承柵及移動(dòng)系統(tǒng)、支架移動(dòng)系統(tǒng)和角度調(diào)節(jié)系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)臺(tái)主體采用的是框架式結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架的側(cè)面采用透明塑料板，遙控控制裝置對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)控制，實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)控制參數(shù)采用遙控控制裝置進(jìn)行設(shè)置，在臺(tái)框架模實(shí)驗(yàn)擬初始采空區(qū)，在初始采空區(qū)后方放置一個(gè)矸石擋板，使模擬直接處于正常的放頂煤情況；頂煤與頂板通過支架對(duì)頂煤支承柵臨時(shí)支護(hù)，支架采用簡易放頂煤支架，支架設(shè)有在自移的軌道上移動(dòng)的齒輪，支架齒輪由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，與支架齒輪嚙合的齒條固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)框架底板上，頂煤支承柵由所述步進(jìn)電機(jī)通過遙控控制支架在自移的軌道上移動(dòng)。
文檔編號(hào)E21C41/18GK103216235SQ20131007451
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月8日
發(fā)明者劉長友, 張寧波, 楊培舉, 陳寶寶, 劉長郄 申請(qǐng)人:中國礦業(yè)大學(xué)