[发明专利]一种液压支架与围岩耦合及自动监测控制相似模拟实验架子及方法

权利要求书

1.一种液压支架与围岩耦合及自动监测控制相似模拟实验架子，其包括模拟实验架子、乳化液泵站、中央控制台、液压升降支架和绞车，其特征在于，所述的液压升降支架的底端设置有滚轮，所述模拟实验架子上设置有滑道，所述滚轮在所述滑道上滚动，所述滚轮与所述绞车上的滚筒采用钢丝绳连接，所述乳化液泵站为所述液压升降支架提供油路，并驱动所述液压升降支架的升降，所述中央控制台分别连接所述乳化液泵站和绞车，所述中央控制台分别控制所述乳化液泵站和绞车的动作；

其中，所述液压升降支架包括顶梁、液压立柱、下支撑座、滚轮、液压杆、滚轮支架、铰接杆一、铰接支座和铰接杆二，其中，所述的顶梁的一端与所述铰接支座的一端采用销轴可转动铰接设置，所述顶梁还与所述液压杆的上端可转动铰接设置，所述铰接支座的另一端与所述铰接杆二的上端可转动铰接设置，所述铰接杆二的下端与所述下支撑座的一端可转动铰接设置，所述铰接支座与所述下支撑座之间还可转动铰接设置有所述铰接杆一，所述液压立柱可转动铰接设置在所述下支撑座上，且所述液压杆的下端设置在所述液压立柱内，由液压驱动使得所述液压杆在所述液压立柱内升降，通过液压杆的升降驱动所述顶梁的升降运动，所述下支撑座的下部固定设置有所述滚轮支架，所述滚轮设置在所述滚轮支架上；

所述模拟实验架子包括上支撑架、两个竖直支撑架、下支撑架、底部滑道、支座和顶部加压装置，其中，所述的上支撑架的两端分别支撑设置在两个所述竖直支撑架上，两个所述竖直支撑架分别支撑设置在所述下支撑架的两端，且上支撑架、两个竖直支撑架和下支撑架之间一体成型设置为长方体形状，所述下支撑架的上表面上设置有所述底部滑道，液压支架的滚轮在所述底部滑道上配合滚动，所述上支撑架的下方设置有所述顶部加压装置，所述下支撑架的下部固定设置有多个用于固定该实验架的所述支座，所述上支撑架上设置有三个长方形槽孔，所述竖直支撑架与所述支座之间设置有加强筋板，所述竖直支撑架上竖直阵列设置有多个通孔，所述支座上至少设置有一个加强板筋，其中，所述顶部加压装置采用气囊加载装置。

2.根据权利要求1所述的一种液压支架与围岩耦合及自动监测控制相似模拟实验架子，其特征在于：所述滚轮的轮面上设置有卡槽，所述铰接支座的侧面上设置有铰接板，所述铰接杆一和铰接杆二可转动铰接设置在所述铰接板上，所述下支撑座上设置有铰接耳一和铰接耳二，所述铰接耳一和铰接耳二为弧形结构，且所述铰接杆二铰接设置在所述铰接耳一上，所述铰接杆一铰接设置在所述铰接耳二上，且铰接耳二的高度大于所述铰接耳一的高度，所述铰接杆一和铰接杆二均为各自平行设置的两个，所述液压立柱和液压杆也为各自平行设置的两个。

3.根据权利要求1所述的一种液压支架与围岩耦合及自动监测控制相似模拟实验架子，其特征在于：还包括支撑架、绞车支撑台、套管一、套管二、套管三和套管四，其中，所述乳化液泵站和中央控制台支撑固定设置在所述支撑架上，所述绞车固定设置在所述绞车支撑台上，所述乳化液泵站与所述液压升降支架之间设置有所述套管一和套管二，所述套管一内设置有液压升降支架的进液管路和回液管路，所述套管二内设置有压力传感器和位移传感器的信号输出线，其中，压力传感器和位移传感器用于测量所述液压升降架内的压力和位移，所述中央控制台与所述绞车之间设置有套管三，所述套管三内设置有中央控制台控制绞车的线路，所述中央控制台与所述乳化液泵站之间设置有套管四，所述套管四内设置有中央控制台控制乳化液泵站的线路和压力传感器和位移传感器的信号输入线。

4.根据权利要求3所述的一种液压支架与围岩耦合及自动监测控制相似模拟实验架子，其特征在于：还包括压力表，所述压力表设置在所述乳化液泵站上，且所述中央控制台上至少设置有开启按钮、关闭按钮、泵站控制按钮、绞车按钮和水箱按钮，在所述中央控制台内设置有数据自动储存的存储卡。

5.根据权利要求1所述的一种液压支架与围岩耦合及自动监测控制相似模拟实验架子，其特征在于：在每个液压升降支架的液压立柱内外设置有压力传感器和位移传感器，压力传感器和位移传感器将压力、位移信号传到中央控制台，在中央控制台内有数据自动储存的存储卡，实验完毕可将存储卡取出在电脑上读取分析。

6.根据权利要求1所述的一种液压支架与围岩耦合及自动监测控制相似模拟实验架子，其特征在于：该自动控制模拟实验装置通过所述模拟实验架子固定在地面的设备平台上。

7.使用权利要求1-6任意一项所述的相似模拟实验架子进行矿山三维相似模拟实验的方法，其特征在于：其包括以下步骤：

首先，在模拟实验架子底部铺设煤层，依次铺设各岩层，当相似模拟中的煤岩层铺设完成后，开挖部分煤层作为开切眼，之后安设液压升降支架，液压升降支架的底部滚轮部位连接绞车钢丝绳，并将中央控制台与乳化液泵站、绞车及监测系统线路接通，系统安设完毕后，由中央控制台发出电信号控制乳化液泵站开启，并打开进液管道控制液压升降支架升架，在模拟过程中压力、位移传感器将监测到的数据转存在中央控制台，液压升降支架岩层模型系统稳定之后，中央控制台控制乳化液泵站通过打开回液管路管路实现液压升降支架的降架；之后按照一个移架步距开挖煤层，由中央控制台控制绞车开启，绞车带动滚筒牵引钢丝绳，降架后的液压升降支架在钢丝绳的牵引下依靠液压升降支架底端的滚轮通过模拟实验架子底部的滑道实现移架，之后再升架，以此类推完成相似模拟实验的逐步开挖过程，研究液压支架围岩相互作用关系和煤层顶板岩层的移动规律。