[发明专利]一种演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿开采可视化矿压显现综合仿真模型，尤其适合煤矿开采中煤层顶板结构动态变化过程的教学演示。

背景技术

煤炭行业教学、生产和科研活动中，矿压显现活动是研究的核心，而煤层顶板结构变化又是所有研究的重要内容，为了使井下复杂又看不见的顶板结构变化让所有人了解，目前主要的方法是制作顶板的结构静态示意图和结构静态模型。但是此类方法无法阐明矿压显现的过程；极少的电气自动化模型不仅很难重现顶板具体变化过程，同时造价昂贵，易于损坏等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有阐明矿压显现和顶板结构变化模型的缺点，提供一种结构简单、操作简便、可循环演示的阐明顶板结构变化和矿压动态显现的综合仿真模型。

一种演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型，包括从下至上依次包括煤层模块、伪顶模块、直接顶模块和砌体梁模块；

所述砌体梁模块由第一砌体梁模块、砌体梁主体和第二砌体梁模块构成，其中，所述砌体梁主体与所述第一砌体梁模块的底部铰接，与所述第二砌体梁模块的顶部铰接；

所述直接顶模块包括第一直接顶模块以及至少4个第二直接顶模块，其中，第一个所述第二直接顶模块与第一直接顶模块的底部铰接，前一部分所述第二直接顶模块与其前一个所述第二直接顶模块的底部铰接，后一部分所述第二直接顶模块与其前一个所述第二直接顶模块的顶部铰接；

所述伪顶模块包括第一伪顶模块和两个所述第二伪顶模块；

在后一部分所述第二直接顶模块的底部设置有挡板，其高度低于所述煤层模块；

气囊，置于所述挡板、所述第二直接顶模块和煤层模块之间形成的容纳空腔内，所述气囊充气后的高度等于所述伪顶模块和所述煤层模块之和。

本发明所述的演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型，其中所述煤层模块、所述第一伪顶模块、所述第一直接顶模块和所述第一砌体梁模块之间通过粘结剂固定；

在所述容纳空间内靠近所述煤层模块处还设置有液压模块，在所述第二砌体梁模块的底部还设置有矸石模块；所述砌体梁模块由PVC材料制成，所述直接顶模块由塑料泡沫制成，所述第一伪顶模块由木材或PVC材料制成，两个所述第二伪顶模块由具有弹性的可变形材料制成，其中一个固定在所述煤层模块顶部，位于第1个所述第二直接顶模块的底部，另一个所述第二伪顶模块固定在所述液压模块上。

本发明所述的演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型，其中所述第一直接顶模块、的长度小于所述第一砌体梁模块、，且大于所述第一伪顶模块的长度，所述煤层模块的长度大于所述第一砌体梁模块，多个所述第二直接顶模块的长度之和大于所述砌体梁主体的长度，所述液压模块的高度同所述煤层模块的高度。

本发明所述的演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型，其中所述第二直接顶模块为7个，其中，从左至右第1个所述第二直接顶模块与所述第一直接顶模块的底部铰接，第2～5个所述第二直接顶模块与其前一个所述第二直接顶模块的底部铰接，第6和7个所述第二直接顶模块与其前一个所述第二直接顶模块的顶部铰接；所述挡板设置于第7个所述第二直接顶模块的底部。

本发明所述的演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型，其中所述气囊包括囊体和通气管，在靠近所述囊体的所述通气管处设置有充放气开关，当所述气囊处于充气状态时，支撑所述多个所述第二直接顶模块与第一直接顶模块连成一条直线并处于水平位置；所述气囊为两个，两个气囊的放气表示对煤层的开采。

本发明所述的演示煤层开采顶板动态变化的仿真系统模型，其中所述煤层模块与所述第一伪顶模块的长度之差为L₁，所述第一伪顶模块与所述第一直接顶模块的长度之差为L₂，所述第一直接顶模块和所述第一砌体梁模块的长度之差为L₃；

所述L1通过如下公式计算得出：