一种综放工作面多放煤口群组放煤模拟装置及模拟方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种综放工作面多放煤口群组放煤模拟装置及模拟方法，模拟装置包括一次放煤模拟子机构和二次放煤模拟子机构，首尾相接、平行设置；一次放煤模拟子机构包括一次放煤固定架、一次放煤尾梁、一次放煤油缸，一次放煤油缸固定连接在一次放煤固定架上，一次放煤尾梁固定设置在一次放煤油缸的活塞杆上随活塞杆伸缩移动；二次放煤模拟子机构包括二次放煤固定架、二次放煤尾梁、二次放煤油缸，二次放煤油缸固定连接在二次放煤固定架上，二次放煤尾梁固定设置在二次放煤油缸的活塞杆上随活塞杆伸缩移动；一次放煤固定架在一次放煤油缸的后端设置有步距调节器，该步距调节器与二次放煤尾梁的前端相抵。模拟方法是由上述模拟装置执行完成。

【技术实现步骤摘要】
一种综放工作面多放煤口群组放煤模拟装置及模拟方法
本专利技术涉及放煤工艺的相似模拟实验
，尤其涉及一种综放工作面多放煤口群组放煤模拟装置及模拟方法。
技术介绍
综放开采技术作为我国开采特厚煤层的主要方法，顶煤回收率低和含矸率高一直都是放顶煤开采面临的主要问题，所以，研究放煤工艺及煤岩界面演变规律，对矿井高产高效以及资源充分利用有着重要的意义。放顶煤工作面采用的放煤工艺不同，煤岩界面的演变规律就会发生相应变化，从而导致顶煤回收率、含矸率发生变化，如果放煤工艺及各工序参数选择不合理，就会导致顶煤回收率低、混矸率高，造成资源浪费，采煤成本高。由于井下放煤环境复杂、且放煤过程的不可见性，导致关于放煤工艺及煤岩界面演变规律的现场研究与工程测量难度很大，目前煤矿在选择放煤工艺时，多采用计算机模拟相似模拟实验进行放煤工艺的模拟，根据模拟结果，从中选择一种适应本矿地质条件、顶煤回收率高、含矸率低的放煤工艺。但是上述模拟试方法仍存在一些问题，主要表现在：1）计算机模拟是一种理想化的模拟手段，模拟速度快，但不能真实反映现场实际条件，导致模拟效果与现场真实效果差别较大，多用于定性判断；2）相似模拟是一种物理模拟手段，通过对现场放煤机构等比例缩放，进行放煤工艺模拟，它可以考虑更多现场实际因素，模拟效果更加真实，且该实验在地面实验室进行，可以直观查看放煤过程中的煤岩界面演变规律，但目前的相似模拟实验装置机械化程度、自动化程度低，放煤过程需要人工参与、配合完成，并且一次只能模拟一台放煤机构的放煤过程，不能与现场实际放煤过程中多台放煤机构同时放煤相一致，同时放煤机构的放煤口大小多由人工控制，在放煤过程中不能连续变化，放煤步距不能自动调节，对井下煤层赋存条件的非均质性也没有考虑，与现场真实煤层环境以及放煤过程仍有较大差距。
技术实现思路
本专利技术目的是解决上述问题，提供设计一种机械化、自动化程度高的综放工作面多放煤口群组放煤模拟装置及模拟方法，可以模拟井下综放工作面煤层赋存非均质性的实际条件，可以同时模拟多台放煤机构（n≥3）的放煤过程，且在放煤过程中，不同放煤机构的放煤口可以根据控制程序自动连续变化，放煤步距也可以自动调节，同时，通过顶煤筛分网，实现不同顶煤体大小的自动筛分，最终使整个放煤过程的模拟更为真实、高效。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种综放工作面多放煤口群组放煤模拟装置，包括若干个平行无间隔布置的放煤模拟机构，所述放煤模拟机构最少包括一个一次放煤模拟子机构和一个二次放煤模拟子机构，一次放煤模拟子机构和二次放煤模拟子机构首尾相接、平行设置；所述一次放煤模拟子机构包括一次放煤固定架、一次放煤尾梁、一次放煤油缸，一次放煤油缸固定连接在一次放煤固定架上，一次放煤尾梁固定设置在一次放煤油缸的活塞杆上随活塞杆伸缩移动；所述二次放煤模拟子机构包括二次放煤固定架、二次放煤尾梁、二次放煤油缸，二次放煤油缸固定连接在二次放煤固定架上，二次放煤尾梁固定设置在二次放煤油缸的活塞杆上随活塞杆伸缩移动；所述一次放煤固定架在一次放煤油缸的后端设置有步距调节器，该步距调节器与二次放煤尾梁的前端相抵。进一步的，所述步距调节器包括步距调节油缸和固定在步距调节油缸活塞杆上的调节尾梁，所述步距调节油缸固定在一次放煤固定架上，与一次放煤油缸背靠背设置。进一步的，所述一次放煤固定架、二次放煤固定架均固定于实验框架上。进一步的，所述综放工作面多放煤口群组放煤模拟装置还包括一个筛分系统，该筛分系统位于若干个放煤模拟机构的下方，包括固定在实验框架上且分隔开来的一级筛分网和二级筛分网，所述一级筛分网位于二级筛网的上方，一级筛分网的网孔直径大于二级筛网的网孔直径。进一步的，所述一级筛分网和二级筛分网均以抽屉形式安装在实验框架上。进一步的，所述综放工作面多放煤口群组放煤模拟装置还包括一个注浆系统，该注浆系统位于若干个放煤模拟机构的上方，包括主管路和设置于主管路下且与主管路连通的若干个注浆支管路，所述注浆支管路与主管路的连通处设置有截止阀，若干个所述的注浆支管路伸入到模拟放煤层中。进一步的，所述综放工作面多放煤口群组放煤模拟装置还包括计算机可编程控制系统，该计算机可编程控制系统至少包括一个单片机，通过计算机可编程控制系统，实现各注浆支管路的开启与关闭。通过计算机可编程控制系统实现一次放煤尾梁、二次放煤尾梁以及调节尾梁伸出与收缩，伸出量与收缩量通过控制系统的设定时间进行控制，伸缩量不同，放煤口大小以及放煤步距相应变化。进一步的，本专利技术还提供一种采用综放工作面多放煤口群组放煤模拟装置进行多放煤口群组放煤模拟的模拟方法，包括如下步骤:S1、确定相似模拟装置缩放比：通过对现场实际煤层赋存条件、放煤机构几何尺寸、采放比、放煤步距的核算，确定相似模拟装置缩放比；S2、准备相似模拟材料：通过对现场煤、矸石样品的测量和实验，根据相似系数，选取合适的散体材料作为实验材料，来模拟顶煤和矸石，矸石粒径大于一级筛分网网孔直径，煤的粒径大于二级筛分网网孔直径且小于一级筛分网网孔直径；S3、铺设相似模拟材料：根据现场实际的顶煤厚度、矸石层厚度及二者的分布，在模拟装置上按特定厚度和顺序铺设散体材料来模拟顶煤和矸石层；S4、注浆改变煤层及矸石层非均质性：根据现场煤层赋存情况，通过注浆系统对煤层及矸石层不同区域进行不同程度注浆，模拟工作面不同煤体区域的强度；S5、模拟一次放煤：将第一组成套放煤工艺参数编入计算机可编程控制系统，启动放煤程序；S6、放煤结束后，分别将一级筛分网上的矸石、二级筛分网上的煤体取出称重，重量分别记为G矸1、G煤1；S7、调节放煤步距：控制步距调节油缸活塞腔与活塞杆腔进回液方向，调节放煤步距；如果步距调节油缸活塞腔进液，活塞杆腔回液，则调节尾梁伸出，放煤步距增加；如果步距调节油缸活塞杆腔进液，活塞腔回液，则调节尾梁收回，放煤步距减小；在调节尾梁伸出或者收缩的同时，二次放煤尾梁需要与其同步伸出与收缩，保证二者紧密对接，防止二次放煤前顶煤提前漏出；放煤步距调节量根据进回液时间进行控制；S8、模拟二次放煤：将第二组成套放煤工艺参数编入计算机可编程控制系统，执行放煤程序；S9、放煤结束后，分别将一级筛分网上的矸石、二级筛分网上的煤体取出称重，重量分别记为G矸2、G煤2；S10、放煤结果分析：将第一组成套放煤工艺参数条件下的顶煤回收量G煤1、矸石回收量G矸1与第二组成套放煤工艺参数条件下的顶煤回收量G煤2、矸石回收量G矸2综合对比、分析，若G煤1＞G煤2，G矸1＜G矸2，则第二组成套放煤工艺参数优于第二组成套放煤工艺参数，据此为实际的综放工作面放煤工艺参数提供选择依据。进一步的，第一组成套放煤工艺参数和第二组成套放煤工艺参数分别包括：1、同时控制放煤模拟机构开启放煤口的数量为m个，n为放煤模拟机构总数量，则n≥m≥3；2、m个放煤口的放煤方式为以下二种方式中的一种：a:多放煤口连续；b多放煤口间隔；3、放煤口根据开口尺寸不同，划分为u级，分别为1/u、2/u……u/u，开启的m个放煤口的尺寸分别为u个级别中的一级；4、m个放煤口的放煤时间分别为t1，t2……tm。进一步的，所述多放煤口间隔是指：①起始放煤：同时开启m个放煤口，m个放煤口间隔布置，间隔距离为10台模拟放煤机构，即1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种综放工作面多放煤口群组放煤模拟装置，其特征在于：包括若干个平行无间隔布置的放煤模拟机构，所述放煤模拟机构最少包括一个一次放煤模拟子机构和一个二次放煤模拟子机构，一次放煤模拟子机构和二次放煤模拟子机构首尾相接、平行设置；所述一次放煤模拟子机构包括一次放煤固定架、一次放煤尾梁、一次放煤油缸，一次放煤油缸固定连接在一次放煤固定架上，一次放煤尾梁固定设置在一次放煤油缸的活塞杆上随活塞杆伸缩移动；所述二次放煤模拟子机构包括二次放煤固定架、二次放煤尾梁、二次放煤油缸，二次放煤油缸固定连接在二次放煤固定架上，二次放煤尾梁固定设置在二次放煤油缸的活塞杆上随活塞杆伸缩移动；所述一次放煤固定架在一次放煤油缸的后端设置有步距调节器，该步距调节器与二次放煤尾梁的前端相抵。

【技术特征摘要】
1.一种综放工作面多放煤口群组放煤模拟装置，其特征在于：包括若干个平行无间隔布置的放煤模拟机构，所述放煤模拟机构最少包括一个一次放煤模拟子机构和一个二次放煤模拟子机构，一次放煤模拟子机构和二次放煤模拟子机构首尾相接、平行设置；所述一次放煤模拟子机构包括一次放煤固定架、一次放煤尾梁、一次放煤油缸，一次放煤油缸固定连接在一次放煤固定架上，一次放煤尾梁固定设置在一次放煤油缸的活塞杆上随活塞杆伸缩移动；所述二次放煤模拟子机构包括二次放煤固定架、二次放煤尾梁、二次放煤油缸，二次放煤油缸固定连接在二次放煤固定架上，二次放煤尾梁固定设置在二次放煤油缸的活塞杆上随活塞杆伸缩移动；所述一次放煤固定架在一次放煤油缸的后端设置有步距调节器，该步距调节器与二次放煤尾梁的前端相抵。2.如权利要求1所述的模拟装置，其特征在于：所述步距调节器包括步距调节油缸和固定在步距调节油缸活塞杆上的调节尾梁，所述步距调节油缸固定在一次放煤固定架上，与一次放煤油缸背靠背设置。3.如权利要求2所述的模拟装置，其特征在于：所述一次放煤固定架、二次放煤固定架均固定于实验框架上。4.如权利要求3所述的模拟装置，其特征在于：所述综放工作面多放煤口群组放煤模拟装置还包括一个筛分系统，该筛分系统位于若干个放煤模拟机构的下方，包括固定在实验框架上且分隔开来的一级筛分网和二级筛分网，所述一级筛分网位于二级筛网的上方，一级筛分网的网孔直径大于二级筛网的网孔直径。5.如权利要求4所述的模拟装置，其特征在于：所述一级筛分网和二级筛分网均以抽屉形式安装在实验框架上。6.如权利要求1所述的模拟装置，其特征在于：所述综放工作面多放煤口群组放煤模拟装置还包括一个注浆系统，该注浆系统位于若干个放煤模拟机构的上方，包括主管路和设置于主管路下且与主管路连通的若干个注浆支管路，所述注浆支管路与主管路的连通处设置有截止阀，若干个所述的注浆支管路伸入到模拟放煤层中。7.一种采用综放工作面多放煤口群组放煤模拟装置进行多放煤口群组放煤模拟的模拟方法，包括如下步骤:S1、确定相似模拟装置缩放比：通过对现场实际煤层赋存条件、放煤机构几何尺寸、采放比、放煤步距的核算，确定相似模拟装置缩放比；S2、准备相似模拟材料：通过对现场煤、矸石样品的测量和实验，根据相似系数，选取合适的散体材料作为实验材料，来模拟顶煤和矸石，矸石粒径大于一级筛分网网孔直径，煤的粒径大于二级筛分网网孔直径且小于一级筛分网网孔直径；S3、铺设相似模拟材料：根据现场实际的顶煤厚度、矸石层厚度及二者的分布，在模拟装置上按特定厚度和顺序铺设散体材料来模拟顶煤和矸石层；S4、注浆改变煤层及矸石层非均质性：根据现场煤层赋存情况，通过注浆系统对煤层及矸石层不同区域进行不同程度注浆，模拟工作面不同煤体区域的强度；S5、模拟一次放煤：将第一组成套放煤工艺参数编入计算机可编程控制系统，启动放煤程序；S6、放煤结束后，分别将一级筛分网上的矸石、二级筛分网上的煤体取出称重，重量分别记为G矸1、G煤1；S7、调节放煤步距：控制步距调节油缸活塞腔与活塞杆腔进回液方向，调节放煤步距；如果步距调节油缸活塞腔进液，活塞杆腔回液，则调节尾梁伸出，放煤步距增加；如果步距调节油缸活塞杆腔进液，活塞腔回液，则调节尾梁收回，放煤步距减小；在调节尾梁伸出或者收缩的同时，二次放煤尾梁需要与其同步伸出与收缩，保证二者紧密对接，防止二次放煤前顶煤提前漏出；放煤步距调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：于斌，李东印，张旭和，王文，李振华，李化敏，赵军，纪润清，王东波，王祖洸，
申请(专利权)人：河南理工大学，大同煤矿集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河南,41