【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤岩截割破碎装置，特别涉及一种基于煤岩截割破碎产尘和裂隙演化的实验系统及方法。
技术介绍
1、采煤机和掘进机是井下采煤的主要机械，其主要靠可转动的滚筒及安装在滚筒上的截齿截割煤层，实际工作中，采煤机和掘进机可调整滚筒的旋转速度、截割牵引速度、截齿型号及截齿安装角度。截齿截割煤层会产生大量粉尘，摸清粉尘产生规律对减少工作面粉尘浓度、保护工人生命健康有重要意义，而受限于井下机械的实际尺寸、井下工况以及截割所需煤层厚度，研发一种小型化的相似截割实验设备是很有必要的。现有专利技术专利如cn203178083u、cn104020057a等制作了一些小型的采煤机截割实验装置，这些实验装置大都具备电动控制滚筒旋转以及简单的围压加载功能，可以实现较为简单的截齿截割煤体实验。在专利cn110411915a中，其加入了高速动态分析功能及红外热成像功能，可开展不同煤岩样品、不同截齿类型、不同截割参数和风速的截割实验，功能虽较为齐全，但最核心的滚筒旋转功能及牵引功能无法实现。随着伺服控制系统的大量应用，建设一个可调节滚筒转速、牵引速度、截齿安装角度、截齿类型、试样类型、截割风速，可研究粉尘浓度、粉尘粒度、粉尘质量、粉尘运移规律、试样裂隙发育规律、滚筒受力规律的综合性煤岩截割破碎产尘及裂隙演化的实验装置尤为重要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于煤岩截割破碎产尘和裂隙演化的实验系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题。
2、本专利技术提供的一种基于煤岩截割破碎产尘和
3、环境监测装置、煤岩截割破碎产尘装置、煤岩截割裂隙演化装置和截割破碎方案输出装置；
4、其中，所述环境监测装置用于对截割试样提供风速并监测空气质量，得到粉尘运移规律；
5、所述煤岩截割破碎产尘装置用于以第一变量对截割试样进行破碎产尘，并对产生的粉尘分析得到煤岩截割产尘规律；其中，所述第一变量包括：截割转速、牵引速度和试样种类；
6、所述煤岩截割裂隙演化装置用于以第二变量对试样截割并对煤岩截割裂隙分析得到煤岩截割裂隙演化规律；所述第二变量包括：试样种类、倾斜角度、截割角度、截割位置、侵入深度、侵入速度、围压；
7、所述截割破碎方案输出装置用于基于所述粉尘运移规律、煤岩截割产尘规律和所述煤岩截割裂隙演化规律输出与矿区实际矿区相适应的实验方案。
8、可选地，所述环境监测装置包括环境监测仪(20)，所述环境监测仪(20)包括一个进风管，所述环境监测仪(20)用于为实验提供风速，并监测空气中颗粒物浓度和粒度变化。
9、可选地，所述煤岩截割破碎产尘装置包括截割模块、伺服动力模块、第一夹持模块、集尘模块、第一数据采集模块和第一控制模块；
10、其中，所述截割模块用于切割试样；
11、所述伺服动力模块用于为所述截割模块提供截割动力；
12、所述第一夹持模块用于固定试样并调整试样位置；
13、所述集尘模块用于收集截割产物；
14、所述第一数据采集模块用于采集试验过程中应力、三向力、扭矩数据；
15、所述第一控制模块用于设置试验参数并控制整个煤岩截割破碎产尘装置。
16、可选地，所述煤岩截割破碎产尘装置中各模块的组成部件和连接关系包括：
17、所述截割模块包括滚筒、第一齿座、第一截齿；所述第一齿座在所述滚筒的圆弧表面等距分布，并通过卡扣与所述滚筒连接，所述第一截齿和所述第一齿座通过卡扣齿合；
18、所述伺服动力模块包括第一伺服电机、第一差速器和传动连杆、动力电机和移动轨道；所述第一伺服电机用于提供截割动力；所述第一差速器的一端与所述第一伺服电机连接，所述第一差速器的另一端与扭矩传感器连接，所述第一差速器用于带动所述滚轮转动；所述第一伺服电机、第一差速器(7)和所述截割模块置于同一钢板；所述移动轨道用于保证所述截割模块在三维坐标轴上运动；所述动力电机用于为截割模块在三维坐标轴上运动提供动力；
19、所述第一夹持模块包括试样钳和升降台；所述试样钳用于将所述试样在x轴与z轴方向夹紧；所述升降台与所述试样钳连接，所述升降台用于调节所述试样钳的高度；
20、所述集尘模块包括集尘罩、漏斗和观察窗；所述集尘罩完全包覆所述第一夹持模块，所述集尘罩由滑块和轨道固定，所述集尘罩的两侧设置观察窗；所述观察窗用于放置粉尘浓度测量仪的进气管和观察截割情况；所述漏斗与所述集尘罩连接，所述漏斗用于收集截割产生的碎屑；所述集尘模块还包括孔洞，所述截割模块通过所述孔洞伸入所述集尘罩中截割所述第一夹持模块夹持的试样；
21、所述第一数据采集模块包括扭矩传感器、第一三向力传感器和第一应力传感器；所述扭矩传感器位于所述第一差速器和所述截割模块之间，所述扭矩传感器用于监测滚筒工作时扭矩数据；所述第一三向力传感器位于截割模块底部，所述第一三向力传感器用于采集三向力数据；所述第一应力传感器位于试样钳与试样之间，所述第一应力传感器用于测量施加给试样的围压；
22、所述第一控制模块包括伺服控制柜、plc控制电路和触屏操作面板。
23、可选地，所述煤岩截割裂隙演化装置包括滑轨、支撑结构、第二夹持模块、运动截割模块、第二数据采集模块和第二控制模块；
24、其中，所述第二夹持模块用于夹持试样，并对所述试样施加围压；
25、所述运动截割模块用于控制截齿截割试样；
26、所述第二数据采集模块用于监测截割试样过程中的力学数据、声学数据、图像数据；
27、所述第二控制模块用于设置试验参数并控制整个煤岩截割裂隙演化装置。
28、可选地，所述煤岩截割裂隙演化装置中各模块的组成部件和连接关系包括：
29、所述第二夹持模块包括加载板、液压顶、可移动底座、声发射探头支架和钢板支架；所述煤岩截割裂隙演化装置平台上设置滑轨，所滑轨上放置所述支撑结构，所述支撑结构上放置两块加载板和声发射探头支架，所述试样置于两块加载板之间，所述加载板的上端与所述液压顶连接，所述液压顶固定于所述钢板支架，所述钢板支架与所述支撑结构连接；所述加载板用于夹持试样；所述液压顶用于对试样施加围压；所述声发射探头支架用于固定声发射探头；
30、所述运动截割模块包括第二伺服电机、第二差速器、支架、截割臂、第二齿座和第二截齿；所述第二伺服电机用于提供截割动力；所述第二差速器用于增大动力输出力臂；所述支架用于支撑整个运动截割模块；所述截割臂一端与第二差速器连接，另一端与所述第二齿座连接，所述截割臂用于传输动力；所述第二截齿固定于所述第二齿座上；
31、所述第二数据采集模块包括声发射探头、第二应力传感器、第二三向力传感器和高速摄像机；所述声发射探头用于监测截割过程中声信号；所述第二应力传感器置于加载板和试样之间，所述第二应力传感器用于测量围压大小；所述第二三向力传感器位于运动截割模块底部，所述第二三向力传感器用本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于煤岩截割破碎产尘和裂隙演化的实验系统，其特征在于，包括：环境监测装置、煤岩截割破碎产尘装置、煤岩截割裂隙演化装置和截割破碎方案输出装置；
2.根据权利要求1所述的基于煤岩截割破碎产尘和裂隙演化的实验系统，其特征在于，所述环境监测装置包括环境监测仪(20)，所述环境监测仪(20)包括一个进风管，所述环境监测仪(20)用于为实验提供风速，并监测空气中颗粒物浓度和粒度变化。
3.根据权利要求2所述的基于煤岩截割破碎产尘和裂隙演化的实验系统，其特征在于，所述煤岩截割破碎产尘装置包括截割模块、伺服动力模块、第一夹持模块、集尘模块、第一数据采集模块和第一控制模块；
4.根据权利要求3所述的基于煤岩截割破碎产尘和裂隙演化的实验系统，其特征在于，所述煤岩截割破碎产尘装置中各模块的组成部件和连接关系包括：
5.根据权利要求4所述的基于煤岩截割破碎产尘和裂隙演化的实验系统，其特征在于，所述煤岩截割裂隙演化装置包括滑轨、支撑结构、第二夹持模块、运动截割模块、第二数据采集模块和第二控制模块；
6.根据权利要求5所述的基于煤岩截割破碎
7.根据权利要求6所述的一种基于煤岩截割破碎产尘和裂隙演化的实验系统的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种基于煤岩截割破碎产尘和裂隙演化的实验系统的实验方法，其特征在于，获得风流粉尘运移实验规律的实验过程包括：
9.根据权利要求8所述的一种基于煤岩截割破碎产尘和裂隙演化的实验系统的实验方法，其特征在于，获取煤岩截割产尘规律的实验过程包括：
10.根据权利要求9所述的一种基于煤岩截割破碎产尘和裂隙演化的实验系统的实验方法，其特征在于，获取煤岩截割裂隙演化规律的实验过程包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于煤岩截割破碎产尘和裂隙演化的实验系统，其特征在于，包括：环境监测装置、煤岩截割破碎产尘装置、煤岩截割裂隙演化装置和截割破碎方案输出装置；
2.根据权利要求1所述的基于煤岩截割破碎产尘和裂隙演化的实验系统，其特征在于，所述环境监测装置包括环境监测仪(20)，所述环境监测仪(20)包括一个进风管，所述环境监测仪(20)用于为实验提供风速，并监测空气中颗粒物浓度和粒度变化。
3.根据权利要求2所述的基于煤岩截割破碎产尘和裂隙演化的实验系统，其特征在于，所述煤岩截割破碎产尘装置包括截割模块、伺服动力模块、第一夹持模块、集尘模块、第一数据采集模块和第一控制模块；
4.根据权利要求3所述的基于煤岩截割破碎产尘和裂隙演化的实验系统，其特征在于，所述煤岩截割破碎产尘装置中各模块的组成部件和连接关系包括：
5.根据权利要求4所述的基于煤岩截割破碎产尘和裂隙演化的实验系统，...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙彪，姚建军，周刚，刘增志，刘增鑫，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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