[发明专利]一种大倾角煤层支架与围岩系统四维物理模拟实验平台

说明书

本发明公开了一种大倾角煤层支架与围岩系统四维物理模拟实验平台，包括外固定框架和设在外固定框架中部的固定框架横梁，以及设在外固定框架底部并支撑加载框架转动的转动支座和转动油缸；在加载框架中铺设有模拟煤层，在加载框架顶部设若干排顶板加载油缸，在模拟煤层的右方分别设若干个上端头加载油缸和支架加载油缸，左边设移动采场位置油缸；在外固定框架上设有弧形导轨，通过转动油缸对加载框架施力，加载框架沿外固定框架变化实现稳定转动；通过调节顶板加载油缸和移动采场位置油缸，使得顶板加载油缸在加载框架下始终保持竖直方向加载。该平台为模拟大倾角煤层四维支架‑围岩系统中的支架的工作状况与失稳状态研究提供了有力条件。

技术领域

本发明涉及一种矿山煤层开采实验装置，特别是一种大倾角煤层支架与围岩系统四维物理模拟实验平台。

背景技术

众所周知，大倾角煤层走向长壁工作面围岩应力分布的复杂性导致了“支架-围岩”系统由“稳态”系统成了“非稳态”系统，将一般意义上的支架通过工作阻力对顶板的控制延伸到了支架既需要通过工作阻力对顶底板进行控制，又需要通过工作阻力与结构特性的有机结合对自身及“支架-围岩”系统的稳定性进行控制。不仅如此，在大倾角伪俯斜工作面，支架受到采空区矸石沿伪俯斜方向的作用，同时支架与前方煤壁接触，使“支架-围岩”系统稳定性更加复杂，导致了大倾角工作面支架稳定性难以控制。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种大倾角煤层“支架-围岩”系统四维物理模拟实验平台，该平台可模拟大倾角煤层四维“支架-围岩”系统中的支架的工作状况与失稳状态。为有效研究大倾角工作面四维“支架-围岩”系统稳定性提供了有力条件。对于研究大倾角煤层安全高效开采有很大的促进作用。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种大倾角煤层支架与围岩系统四维物理模拟实验平台，包括外固定框架和设在外固定框架中部的固定框架横梁，以及设在外固定框架底部并支撑加载框架转动的转动支座和转动油缸；在加载框架中铺设有模拟煤层，在加载框架顶部设若干排角度左右可调、加载到模拟煤层上的顶板加载油缸，在模拟煤层的右方分别设若干个角度上下可调的上端头加载油缸和支架加载油缸，左边设移动采场位置油缸；

在外固定框架上设有弧形导轨，通过转动油缸对加载框架施力，通过加载框架沿外固定框架0～60°范围变化实现稳定转动；通过调节和移动采场位置油缸，使得顶板加载油缸在加载框架0～60°范围变化时始终保持竖直方向加载。

对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案：

进一步，所述顶板加载油缸通过承压板施加在模拟煤层上方的顶板上，顶板下方还设有若干支架，若干支架沿顶板垂直间隔平行分布，模拟煤层和支架下方设有底板，底板沿加载框架内框底部呈倾斜角度分布。

进一步，所述顶板加载油缸通过承压板直接施加在模拟煤层上，承压板下方的若干支架沿承压板垂直间隔平行分布，支架直接放置在加载框架内框底部。

进一步，在加载框架内框顶部设有若干排顶板加载油缸，加载框架右侧设有与每排顶板加载油缸对应的上端头加载油缸和支架加载油缸；每个加载油缸与各排顶板加载油缸连接的顶板或支架相接，支架加载油缸上铰接有支架后方的油缸承压板。

进一步，所述设在外固定框架中部的固定框架横梁在上下四个方向各分布有一根，外固定框架由上部带有倾斜板的框架梁构成，由外固定框架和固定框架横梁共同构成实验平台框架。

进一步，在所述外固定框架上设有两个弧形导轨，在加载框架两个相对边框上设有对应的导轨滚轴，加载框架导轨滚轴沿弧形导轨移动。

本发明的有益效果在于：

本发明装置真实模拟了大倾角煤层综采工作面支架的受载特征，为研究“顶板-支架-底板”和“矸石-支架-煤壁”两个方向上支架失稳的动态过程创造了条件，为揭示大倾角煤层综采工作面“支架-围岩”四维作用机理提供保障。