岩层移动模拟及顶板压力监测实验教学系统及方法技术方案

一种岩层移动模拟及顶板压力监测实验教学系统及方法，属于采矿工程专业学生实验教学系统及方法。系统包括采煤工作面模拟液压支架、模拟岩层、监测分站、监测主站、顶板压力监测数据通讯分站、直流稳压电源、计算机。模拟岩层安装在模拟液压支架上方，随着模拟液压支架的升降来模拟岩层结构在工作面回采过程中的变化；顶板压力监测分站连接在模拟支架的前、后立柱，分别收集记录模拟支架前、后立柱的压力，所收集数据通过监测主站及通讯分站传输到计算机，用来模拟分析工作面回采过程中顶板压力的变化规律。该套实验系统结构简单，操作方便，可以帮助学生直观地掌握采煤工作面岩层移动规律、矿山压力监测及支架与围岩相互作用关系等知识点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种采矿工程专业学生实验教学系统及方法，一种。
技术介绍
矿山压力下岩层的移动规律的教学主要通过课堂讲授及实验室的模拟，实验室模拟一般采用相似材料的模拟实验。相似模拟实验是以相似理论为基础，利用事物或现象间存在的相似或类似特征来研究自然规律的一种方法。在矿业工程领域相似模拟实验用来研究矿山压力及岩层活动规律。对于采用相似模拟实验，需要根据各岩层情况首先铺设相似材料模型，待模型晾干后再对模型进行模拟开挖，以取得相似条件下的岩层移动及矿山压力规律。但开挖相似模拟模型无法重复利用，这种教学方法既费时、费力，同时成本较大，浪费严重。随着矿井信息化及数字化的发展，矿山压力的监测手段也有了很大的提升。目前，矿山压力在线监测系统已在各矿井大力使用。矿山压力在线监测系统通过压力监测分站对工作面支架立柱的油压进行在线监测、记录及传输，通过计算机进行数据的采集及分析。随着煤矿信息化的发展，工作面顶板压力在线监测系统已成为现代化矿井必不可少的一部分，同时煤炭企业对采矿工程学生提出了相应的能力要求，但由于顶板在线监测系统成本高，学生只有在现场实习时才能接触到，无法掌握其使用。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种，解决现有教学方法费时、费力，成本大，浪费严重的问题。为达到上述目的，本专利技术的实验教学系统技术方案，包括:模拟液压支架、支架前立柱、支架后立柱、弹簧、模拟直接顶、模拟基本顶、模拟采空区矸石、第一手动栗、第二手动栗、液压栗和液压油缸；在模拟液压支架上连接支架前立柱和支架后立柱，在支架前立柱和支架后立柱上部套接有弹簧，在支架前立柱和支架后立柱上端有模拟直接顶和模拟基本顶，在支架后立柱的一侧有模拟采空区矸石；液压油缸连接在弹簧和模拟直接顶之间，液压油缸与液压栗连接；支架前立柱和支架后立柱分别与第二手动栗和第一手动栗对应连接；在支架前立柱与第二手动栗和支架后立柱与第一手动栗之间有输出与监测分站连接，监测分站与监测主站连接，监测主站通过通讯口与计算机连接。模拟液压支架为四立柱液压支架，两个前立柱均由手动栗提供压力来实现升柱、降柱，两个后立柱均由手动栗提供压力来实现升柱、降柱；用来模拟采煤工作面液压支架，实现支架的升柱及降柱功能；模拟液压支架四个立柱顶部都安装有弹簧，用来协调完成支架前后立柱不同变形的要求。模拟液压支架顶部安装有液压油缸，通过液压栗来实现液压油缸的升降来模拟采煤工作面的顶板来压。在模拟液压支架顶部安装有模拟直接顶及模拟基本顶的木板；模拟基本顶的三块木板间采用双头螺栓连接，在保证块体间的连接及回转，模拟岩层顶板的模拟直接顶、模拟基本顶安装在模拟液压支架上方，随模拟液压支架的升降，岩层顶板也出现相应的破断及回转；模拟直接顶和模拟基本顶，用来模拟采煤工作面的直接顶及基本顶，实现基本顶的破断及回转。第一手动栗和第二手动栗，为模拟支架的立柱提供油压，提供模拟液压支架支护顶板的初撑力。液压栗，为模拟液压支架顶部液压油缸提供油压，模拟工作面顶板来压。将模拟支架前柱油管连接至压力监测分站的Pl 口，将模拟支架后柱油管连接至压力监测分站的P2 口 ；压力监测分站同监测主站间采用电缆连接，连接主站的直流稳压电源为主站及分站提供电能；主站同通讯分站间采用电缆连接，通讯分站同计算机通过RS232接口连接。顶板压力监测分站、压力监测主站、数据通讯分站及计算机，对模拟液压支架的前后立柱油压进行在线监测，实现数据的采集、记录及分析。教学方法技术方案，包括如下步骤:步骤1:连接系统的各油路，连接在线监测系统的电源、电缆及计算机；步骤2:检查系统各环节是否安全可靠，确认实验前准备无误；步骤3:分别顺序开启计算机、压力在线监测通讯分站、直流稳压电源，调节直流稳压电源输出电压稳定在18V，打开在线监测系统数据采集软件，保证数据采集可靠；步骤4:分别用第一手动栗、第二手动栗对模拟液压支架前立柱、支架后立柱加压，模拟液压支架升架工序，确保液压支架初撑力达到3Mpa ;步骤5:启动液压栗对液压油缸渐渐加压，模拟工作面顶板来压，确保液压油缸最终压力不超过5Mpa ；步骤6:分别观察记录顶模拟直接顶、模拟基本顶在来压情况下的运动规律；步骤7:监测记录实验全过程中模拟支架前立柱、支架后立柱的压力变化，分析工作面液压支柱的压力变化规律；步骤8:缓缓卸载液压栗加压，同时对第一手动栗、第二手动栗卸压，模拟液压支架的降架；步骤9:实验结束，顺序关闭直流稳压电源、压力监测通讯分站及计算机。有益效果，由于采用了上述方案，通过模拟支架的运动，带动起上方模拟岩层的移动，直观的展示出煤炭开采中岩层移动规律，并直观的展现出液压支架及围岩的相互作用关系。通过对模拟支架上方液压油缸的加载，模拟工作面来压，并对模拟支架立柱的油压进行在线监测，使学生掌握顶板压力在线监测的方法及数据的处理。直观的反应采煤工作面岩层移动规律，以及采煤工作面液压支架与围岩的相互作用关系。优点:能够实现采煤工作面顶板岩层移动规律的直观显现；能够实现液压支架与围岩作用关系的直观显现；能够实现综采工作面顶板压力在线监测的模拟实验。【附图说明】图1是本专利技术系统整体结构图。图2是本专利技术的模拟液压支架结构图。图3为图2的侧视结构图。图中:1、模拟液压支架；2、支架前立柱；3、支架后立柱；4、弹簧；5、模拟直接顶；6、模拟基本顶；7、模拟采空区矸石；8、第一手动栗；9、第二手动栗；10、液压栗；11、液压油缸。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术的一个实施例作进一步的说明:本专利技术的实验教学系统技术方案，包括:模拟液压支架1、支架前立柱2、支架后立柱3、弹簧4、模拟直接顶5、模拟基本顶6、模拟采空区矸石7、第一手动栗8、第二手动栗9、液压栗10和液压油缸11 ;在模拟液压支架I上连接支架前立柱2和支架后立柱3，在支架前立柱2和支架后立柱3上部套接有弹簧4，在支架前立柱2和支架后立柱3上端有模拟直接顶5和模拟基本顶6，在支架后立柱3的一侧有模拟采空区矸石7 ;液压油缸11连接在弹簧4和模拟直接顶5之间，液压油缸11与液压栗10连接；支架前立柱2和支架后立柱3分别与第二手动栗9和第一手动栗8对应连接；在支架前立柱2与第二手动栗9和支架后立柱3与第一手动栗8之间有输出与监测分站连接，监测分站与监测主站连接，监测主站通过通讯口与计算机连接。模拟液压支架I为四立柱液压支架，两个前立柱2均由手动栗8提供压力来实现升柱、降柱，两个后立柱3均由手动栗9提供当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种岩层移动模拟及顶板压力监测实验教学系统，其特征在于：实验教学系统技术方案，包括：模拟液压支架、支架前立柱、支架后立柱、弹簧、模拟直接顶、模拟基本顶、模拟采空区矸石、第一手动泵、第二手动泵、液压泵和液压油缸；在模拟液压支架上连接支架前立柱和支架后立柱，在支架前立柱和支架后立柱上部套接有弹簧，在支架前立柱和支架后立柱上端有模拟直接顶和模拟基本顶，在支架后立柱的一侧有模拟采空区矸石；液压油缸连接在弹簧和模拟直接顶之间，液压油缸与液压泵连接；支架前立柱和支架后立柱分别与第二手动泵和第一手动泵对应连接；在支架前立柱与第二手动泵和支架后立柱与第一手动泵之间有输出与监测分站连接，监测分站与监测主站连接，监测主站通过通讯口与计算机连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张凯，朱晨光，刘凯，张成号，韩娣娟，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32