一种模拟井下采煤巷道综采全过程的实验及教学系统技术方案

本发明专利技术属于煤矿井下全方位模拟及教学领域，具体涉及一种模拟井下采煤巷道综采全过程的实验及教学系统，解决了我国目前缺乏覆盖采煤全过程的实验及教学系统的问题，包括全封闭玻璃钢房以及在全封闭玻璃钢房内设置的模拟巷道、液压支架、电牵引采煤机、刮板输送机、人工煤壁以及独立设置的全封闭煤层液化实验装置和全封闭煤层气抽放实验装置。本发明专利技术能够有效保障学生的实验实训安全，节省了大量的实习经费，学生能亲自进行综采设备的操作，教师可进行各种项目的研究，高效培养出理论和实践相结合的人才。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟井下采煤巷道综采全过程的实验及教学系统
本专利技术属于煤矿井下全方位模拟及教学领域，具体涉及一种模拟井下采煤巷道综采全过程的实验及教学系统。
技术介绍
目前国外的各采煤设备制造商只有设备出厂参数测试，没有在仿真人工煤壁上对设备的检测，国内只有中煤张家口煤机有限公司建有假煤壁，该项目主要研究刮板输送机的整体性能指标，对采煤机和支架研究甚少；因采煤机截割成本高，不能满足学生生产实训的要求；张家口是刮板机专业生产厂，暂未对采煤机上的喷雾灭尘和冷却系统进行研究；采煤机作为工作面的核心设备，无法进行定量的结构受力分析以及可靠性分析研究；同时该假煤壁没有形成完整封闭的巷道和综采工作面，不能进行安全通风监测监控；没有预埋管线和层理结构，不能进行瓦斯、水的抽探放方法研究；此外对采煤机的驱动方式、结构和机理，对安全生产、煤的压张和煤炭绿色开采等均缺乏研究；没有建造封闭煤层，不能研究地下煤层的气化。随着一井一面年产千万吨矿井的不断增加，安全、集约、高效是煤矿发展方向，安全是煤矿工作的重中之重，学生到矿井实习已影响到煤矿安全生产，煤矿基本不接纳在校学生的实习任务；为培养理论和实际相结合的学生，在本专利技术的模拟巷道综采工作面，能完全满足学生的实验实训要求，使学生了解井下工作面的各种设备及其使用的方法和操作规程，培养学生的动脑、动手能力，增强学生的安全意识和岗位责任意识。同时为了保护人类赖以生存的环境，对我国主要能源的煤炭开采中的疑难技术进行研究探索，寻找科学依据实现资源的有效、合理利用；为实现煤炭的绿色开采，该专利主要研究仿真煤层的建造；灭尘和冷却效果；对不同煤层的受力测试，找到综采设备针对不同煤层最佳的参数选择、结构设计，实现数字化、智能化控制，最终实现综采工作面无人值守；煤层开采前煤层气、页岩气有效的抽放和利用，达到节能的效果；安全通风中针对不同工作面风速的匹配、瓦斯突出的智能处理，煤的气化等关键技术，最终实现煤炭资源合理利用等方面。可见，一种能够模拟井下综采全过程的实验及教学系统就显得极其重要。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提供了一种模拟井下采煤巷道综采全过程的实验及教学系统。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种模拟井下采煤巷道综采全过程的实验及教学系统，包括全封闭玻璃钢房以及在全封闭玻璃钢房内设置的模拟巷道、液压支架、电牵引采煤机、刮板输送机、人工煤壁以及独立设置的全封闭煤层液化实验装置和全封闭煤层气抽放实验装置，液压支架沿模拟巷道的长向设置，电牵引采煤机设置在紧贴人工煤壁的模拟巷道内，电牵引采煤机的运行和导向在刮板输送机上完成，液压支架上设置有瓦斯传感器、粉尘检测控制器、仿生高清摄像头以及喷淋系统，在模拟巷道两侧分别设置有与其垂直的上顺槽和下顺槽，上顺槽区域内设置有用于支护的上顺槽端头支护、上顺槽超前支护和锚杆锚网联合支护，上顺槽远离液压支架的一侧设置有风量及水量控制台、演示屏和矿用通风风机，下顺槽区域内设置有冒落演示区、智能控制平台和设备列车及轨道。进一步的，人工煤壁呈矩形设置，为研究煤壁的截割阻力，将煤壁按不同的普氏硬度f=2.5、f=3和f=4建造；另设煤层气抽采人工煤壁、探放水人工煤岩壁和页岩气抽放人工岩壁，煤层气抽采人工煤岩壁的普氏硬度为f=2.5，探放水人工煤岩壁的普氏硬度为f=6，页岩气抽放人工岩壁的普氏硬度为f=6～8。进一步的，人工煤壁总的规格尺寸为长30米、宽3米、高2.5米，人工煤壁的制作材料包括煤炭、混凝土、蓬松剂和粘合剂，人工煤壁对应不同硬度区域分别采用分段分层浇筑的方式，浇筑时每层厚度为100毫米，每24小时浇筑一层并及时对浇筑层进行淋水养护，位于人工煤壁内间隔设置有多组用于监测的压力及振动传感器，在人工煤壁中还设置有模拟结构层理和节理发育的预埋管线，探放水人工煤岩壁和页岩气抽放人工岩壁的预埋管线交错布设。进一步的，液压支架上连接有水平设置的顶板加压框架，顶板加压框架上间隔固定有多个垂直设置的液压油缸。作为优选，全封闭玻璃钢房采用型钢桁架结构,房顶板为活动顶板且能够打开关闭，玻璃钢采用聚碳酸酯板材质，冲击力不低于3kg/c㎡且比重不低于1.34g/cm3，模拟实现矿井通风和各种气体的测试。其中，全封闭玻璃钢房在模拟巷道靠近上顺槽的端部位置设置有Y型通风门。本专利技术相比现有技术具有的有益效果是：本专利技术采用工业级的电牵引采煤机、刮板输送机、液压支架，完全满足学生在煤矿井下综采工作面的实际教学和操作，有效解决了学生理论和实际相脱节的缺憾；建设了人工煤壁、上下顺槽，整个巷道完全封闭，研究通风的规律，真实完成综采工作的生产、安全、通风、输送、检测全过程，满足了学生实习的需要；安装各种传感器和可视化设备，能进行受力测试、设备参数选型和智能化无人值守技术的研究，满足教师的科研需求；专门建设了人工煤层和人工岩层，让学生进行抽放瓦斯和探放水的实操；采用全封闭的真实煤仓，满足教师对煤进行气化或液化的研究。与现有技术方案相比，该技术实现了学生实验实训的安全，节省了大量的实习经费，学生能亲自进行综采设备的操作，教师可进行各种项目的研究，高效培养出理论和实践相结合的人才。附图说明图1为本专利技术的系统结构示意图；图2为图1中人工煤壁的结构示意图；图3为图2人工煤壁的结构示意侧视图；图4为本专利技术灭尘喷雾系统的结构示意图；图5为本专利技术综采工作面瓦斯调控示意图；图6为本专利技术中液压支架的结构示意图。图中：1-液压支架，2-电牵引采煤机，3-刮板输送机，4-全封闭玻璃钢房，5-瓦斯传感器，6-粉尘检测控制器，7-人工煤壁，8-压力及振动传感器，9-Y型通风门，10-模拟巷道，11-上顺槽端头支护，12-上顺槽超前支护，13-锚杆锚网联合支护，14-上顺槽，15-风量及水量控制台，16-演示屏，17-下顺槽，18-矿用通风风机，19-页岩气抽放人工岩壁，20-探放水人工煤壁，21-全封闭煤层液化实验装置，22-煤层气抽采人工煤壁，23-全封闭煤层气抽放实验装置，24-智能控制平台，25-冒落演示区，26-设备列车及轨道，27-仿生高清摄像头，28-喷淋系统，29-预埋管线，30-液压油缸，31-顶板加压框架。具体实施方式参照图1～6对本专利技术进行进一步阐述，一种模拟井下采煤巷道综采全过程的实验及教学系统，包括全封闭玻璃钢房4以及在全封闭玻璃钢房4内设置的模拟巷道10、液压支架1、电牵引采煤机2、刮板输送机3、人工煤壁7以及独立设置的全封闭煤层液化实验装置21和全封闭煤层气抽放实验装置23，液压支架1沿模拟巷道10的长向设置，电牵引采煤机2设置在紧贴人工煤壁7的模拟巷道10内，电牵引采煤机2的运行和导向在刮板输送机3上完成，液压支架1上设置有瓦斯传感器5、粉尘检测控制器6、仿生高清摄像头27以及喷淋系统28，在模拟巷道10两侧分别设置有与其垂直的上顺槽14和下顺槽17，上顺槽14区域内设置有用于支护的上顺槽端头支护11、上顺槽超前支护12和锚杆锚网联合支护13，上顺槽14远离液压支架1的一侧设置有风量及水量控制台15、演示屏16和矿用通风风机18，下顺槽17区域内设置有冒落演示区25、智能控制平台24和设备列车及轨道26。人工煤壁7呈矩形设置，为研究煤壁的截割阻力，将煤壁按不同的普氏硬度f=2.5、f=3和f=4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟井下采煤巷道综采全过程的实验及教学系统，其特征在于：包括全封闭玻璃钢房（4）以及在全封闭玻璃钢房（4）内设置的模拟巷道（10）、液压支架（1）、电牵引采煤机（2）、刮板输送机（3）、人工煤壁（7）以及独立设置的全封闭煤层液化实验装置（21）和全封闭煤层气抽放实验装置（23），液压支架（1）沿模拟巷道（10）的长向设置，电牵引采煤机（2）设置在紧贴人工煤壁（7）的模拟巷道（10）内，电牵引采煤机（2）的运行和导向在刮板输送机（3）上完成，液压支架（1）上设置有瓦斯传感器（5）、粉尘检测控制器（6）、仿生高清摄像头（27）以及喷淋系统（28），在模拟巷道（10）两侧分别设置有与其垂直的上顺槽（14）和下顺槽（17），上顺槽（14）区域内设置有用于支护的上顺槽端头支护（11）、上顺槽超前支护（12）和锚杆锚网联合支护（13），上顺槽（14）远离液压支架（1）的一侧设置有风量及水量控制台（15）、演示屏（16）和矿用通风风机（18），下顺槽（17）区域内设置有冒落演示区（25）、智能控制平台（24）和设备列车及轨道（26）。

【技术特征摘要】
1.一种模拟井下采煤巷道综采全过程的实验及教学系统，其特征在于：包括全封闭玻璃钢房（4）以及在全封闭玻璃钢房（4）内设置的模拟巷道（10）、液压支架（1）、电牵引采煤机（2）、刮板输送机（3）、人工煤壁（7）以及独立设置的全封闭煤层液化实验装置（21）和全封闭煤层气抽放实验装置（23），液压支架（1）沿模拟巷道（10）的长向设置，电牵引采煤机（2）设置在紧贴人工煤壁（7）的模拟巷道（10）内，电牵引采煤机（2）的运行和导向在刮板输送机（3）上完成，液压支架（1）上设置有瓦斯传感器（5）、粉尘检测控制器（6）、仿生高清摄像头（27）以及喷淋系统（28），在模拟巷道（10）两侧分别设置有与其垂直的上顺槽（14）和下顺槽（17），上顺槽（14）区域内设置有用于支护的上顺槽端头支护（11）、上顺槽超前支护（12）和锚杆锚网联合支护（13），上顺槽（14）远离液压支架（1）的一侧设置有风量及水量控制台（15）、演示屏（16）和矿用通风风机（18），下顺槽（17）区域内设置有冒落演示区（25）、智能控制平台（24）和设备列车及轨道（26）。2.根据权利要求1所述的一种模拟井下采煤巷道综采全过程的实验及教学系统，其特征在于：人工煤壁（7）呈矩形设置，为研究煤壁的截割阻力，将煤壁按不同的普氏硬度f=2.5、f=3和f=4建造；另设煤层气抽采人工煤壁（22）、探放水人工煤岩壁（20）和页岩气抽放人工岩壁（19），煤层气抽采人工煤岩壁（22）的普氏硬度为f=2.5，探放水人工...

【专利技术属性】
技术研发人员：董毓智，梁耿毅，丁志勇，赵敏，穆丽娟，赵子豪，李飞宇，徐善智，吴凤彪，郭晓娥，赵庆珍，马吉生，孙弋婷，姚宝珠，张丽英，张梦奇，任家智，马彩莲，孙泽渊，郝雷，吕建清，武虎，马丁丁，马丁可，李维伟，周翔，刘泽平，康小平，罗冰洁，孙文亭，
申请(专利权)人：山西能源学院，
类型：发明
国别省市：山西,14