[发明专利]倾角可调的综放长壁顶煤放出三维模拟实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种倾角可调的综放长壁顶煤放出三维模拟实验装置及方法，用于研究综放开采工作面的顶煤运移规律。 

背景技术

煤炭作为一次性基础能源在我国能源结构中占有70%以上的比例，其中厚煤层（厚度≥3.5m）的产量占据煤炭总量的45%左右，储量也约占全部煤层储量的44%，因此针对厚煤层的开采技术得到了较大的发展。 

较之于分层开采和大采高，综放开采因具有高产、高效的优势而得到了广泛的应用，现已成为我国厚煤层的主要采煤方法。现有技术的综放开采存在的最根本的缺陷是顶煤回收率较低，因此如何对综放开采进行更合理的优化来提高顶煤回收率，是所属领域当前研究的热题。而散体顶煤放出规律的研究顶煤开采研究的核心内容。 

国内外对顶煤放出规律的研究，主要是通过有限元或者离散元计算机数值进行相似模拟，而现有技术的室内相似模拟实验多采用水平相似模拟实验台，所得试验结果和实验结论仅适用于水平情况下对现场的模拟，因此只能实现二维数值模拟，无法模拟不同赋存条件，不同 角度下煤层的状态，如各种倾角开采，以及仰斜和俯斜开采时煤层的状态。 

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种倾角可调的综放长壁顶煤放出三维模拟实验装置及模拟方法，通过模拟煤层倾角的变化，更加真实地还原出长壁采煤法的实际开采现场。 

本发明采用的具体技术方案为：一种倾角可调的综放长壁顶煤放出三维模拟实验装置，包括实验装置箱体和实验装置底座；所述实验装置箱体由左-右-后方的三面金属板和前方的玻璃板围成，所述玻璃板或者金属板上固定有实时显示抬升角度的双轴数显水平仪；所述底座包括平行设置的分别代表煤层角钢和顶煤角钢的可抽动的不锈钢盒和角钢，所述不锈钢盒和角钢的左侧通过综放支架连接，所述不锈钢盒和角钢均为纵向排列；所述实验装置箱体放置于所述实验装置底座之上，通过千斤顶抬升角度。 

所述箱体与底座四周的接触边缘每侧设有两个门轴，作为抬升过程中的支点。 

所述箱体的侧棱每隔20cm设有三角铁片，用于标示高度和加固所述箱体。 

在所述金属板顶端加装吊装环，吊装架上设有滑轮，吊装铁链穿入吊装环中，滑轮通过吊装铁链吊住所述箱体。 

所述模拟实验装置包含两组千斤顶，所述每组千斤顶由1号、2 号和3号千斤顶组成，所述1号、2号和3号千斤顶为按照由小到大依次排列的型号，每次实验中同型号的两个千斤顶安装于相邻的一组二级平台上。 

一种倾角可调的综放长壁顶煤放出三维模拟实验方法，包括将实验装置箱体倾斜抬升和前后抬升，所述倾斜抬升模拟仰斜或者俯斜开采时煤层的状态，所述前后抬升模拟不同倾角开采时煤层的状态；所述抬升的具体步骤为： 

步骤1、将两个1号千斤顶分别置于相邻的两个二级平台上，所述两个1号千斤顶同步抬升，实现较小倾角的倾斜，或者抬升至实验装置箱体和二级平台的空隙达到足以放置2号千斤顶的最低位，同时保持所述实验装置箱体稳定，抬升过程中同时保持所述实验装置箱体稳定和吊装铁链拉紧； 

步骤2、所述两个1号千斤顶抬升至实验装置箱体和二级平台的空隙达到足以放置2号千斤顶的最低位后，将两个2号千斤顶置于所述两个二级平台，所述两个2号千斤顶同步抬升，实现较大倾角的倾斜，或者抬升至实验装置箱体和二级平台的空隙达到足以放置2号千斤顶的最低位，抬升过程中同时保持所述实验装置箱体稳定和吊装铁链拉紧； 

步骤3、所述两个2号千斤顶抬升至实验装置箱体和二级平台的空隙达到足以放置3号千斤顶的最低位后，将两个3号千斤顶置于所述两个二级平台，替换所述两个1号千斤顶同步抬升，实现大倾角的倾 斜，抬升过程中同时保持所述实验装置箱体稳定和吊装铁链拉紧； 

根据抬升的角度，选择步骤1-3中的一部分，按照与上述步骤相反的步骤，卸下千斤顶，实验装置箱体回归水平位。 

双轴数显水平仪实时显示抬升角度。 

所述方法可以实现综采放顶煤走向长壁采煤法55°以下任意煤层角度的模拟。 

所述方法尤其可以实现综采放顶煤走向长壁采煤法45°-55°大倾角煤层开采的模拟。 

所述方法可以实现综采放顶煤倾斜长壁采煤法33°以下任意煤层角度的模拟。 

本发明产生的有益效果是： 

1、由于实验装置可变倾角，通过抬升不同部位不同角度，可以模拟包括仰斜、俯斜开采和不同倾角开采时的不同赋存条件和角度下煤层的状态，更接近实际状态下的煤层开采，有利于对综放煤层的研究；