[发明专利]一种具有初撑力的采煤工作面物理相似模拟支架

说明书

技术领域

本发明属于物理相似模拟试验装置领域，特别涉及一种具有初撑力的采煤工作面物理相似模拟支架。

背景技术

液压支架是保障采场(例如采煤场)安全和维护作业空间的主要设备，研究支架合理的工作阻力及“支架-围岩”关系对液压支架的选型具有重要的意义。物理相似模拟试验是采矿工程研究矿山压力及支架载荷有效且可靠的手段之一。试验采用与实际岩层物理力学性质相似的材料，经过合理的配比，按照实际开采的原型，遵循一定的比例缩小做成试验模型。再根据实际开采的情况，在模型中进行开挖，模拟工作面的推进或巷道开挖等实际工程，同时记录模型开挖过程中支架载荷的数据，并相应观察模型岩层破坏及移动等情况。后期对试验结果进行分析，将模型支架记录的载荷按照公式折合成实际开采的载荷大小，从而达到模拟实际开采并实现支架选型的目的。

目前，物理相似模拟试验所采用的模型支架不具有初撑力，只有随着工作面的推进，顶板发生破坏移动时，模型支架才能监测到顶板上的压力，所以支架载荷的数据存在偏差。此外，模拟开挖一个循环后，进行移架时，不能实现降柱、升柱的过程，因而模型支架在移动时难免会破坏上部顶板，影响载荷的准确性。试验所得支架的载荷数据关系到工程实际中液压支架的选型，这关系到生产安全，而且与采面投资息息相关。

在采矿工程中，采用物理相似模拟试验进行模拟研究时，也常常采用模型支架来记录工作面推进过程中支架的载荷。然而，模型支架并不能实现对初撑力的模拟，导致载荷记录不够准确；此外，模拟开挖后进行移架时，由于模型支架不能降柱，移动时对顶板造成损害，再次开挖时载荷数据受到影响，进一步影响试验的精度。因此，载荷记录是物理相似模拟试验中最为重要的环节之一，精确的载荷数据对试验的成功具有重要的意义。

综上，目前，物理相似模拟试验采用的模型支架主要具有以下缺点：

(1)不具有初撑力。在每一步模型工作面开挖之前，由于模型支架无法升柱，因而不具有初撑力，此时模型支架与上部顶板间的作用力很小，与实际开采的情况不符。

(2)移架时易对顶板形成破坏。目前试验中的模型支架移架时，由于不能实现降柱与升柱等操作，只能将支架强制移至工作面煤壁，这对顶板施加了人为干扰，破坏了顶板的结构形态，影响其垮落过程，与真实结果存在偏差。

(3)由(1)、(2)的分析可知，目前使用的模型支架存在弊端，因而给试验后期整理数据及总结现象带来了困难。

因此，物理相似模拟试验不仅要求在材料上与实际岩层相似，更要在开挖过程力求与实际开采的情况统一，因而试验所采用的模型支架有待改善。据以上分析，模型支架载荷的记录尚存在弊端，也是模拟试验中亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种具有初撑力的采煤工作面物理相似模拟支架，以提高试验精度，更真实地模拟工程现场、实现结果的可靠性。

本发明的技术方案是：一种具有初撑力的采煤工作面物理相似模拟支架，包括支架骨架、支架立柱、测力传感系统以及显示表；所述支架骨架包括底座、连杆、掩护板以及顶护板，所述底座与连杆的下端固定连接，连杆的上端与掩护板固定连接，掩护板与顶护板之间相连接，且顶护板可在垂直方向上下调节其位置；所述测力传感系统固定于支架骨架内的底座表面，测力传感系统包括上板面、下板面以及固定于上、下板面之间的测力传感器，所述测力传感器通过信号传输线与显示表电连接；所述支架立柱为长度可调的伸缩立柱，支架立柱的下端与测力传感系统的上板面固定，支架立柱的上端与支架骨架的顶护板的下表面固定；所述支架立柱包括头部、螺杆、螺母以及套筒，所述头部固定于螺杆的下端，螺杆上螺纹连接螺母，螺母上方的螺杆上套接所述套筒，且螺母对套筒形成向上的支撑；所述头部焊接于测力传感系统的上板面上，所述套筒的上端焊接于支架骨架的顶护板的下表面；所述支架立柱的数量为个。

所述上板面设于测力传感器的上表面，且与测力传感器之间设有上垫片；所述下板面设于测力传感器的下表面，且与测力传感器之间设有下垫片。

所述显示表包括壳体，壳体内设有控制器，壳体上设有显示屏；测力传感器通过信号传输线与控制器电连接，控制器与显示屏电连接。

所述掩护板与顶护板之间的具体连接结构是：所述掩护板上端的两侧开设有螺孔，螺孔内螺纹连接有螺栓，所述顶护板的两侧分别设有垂直于顶护板板面的侧护板，侧护板上开设有调节孔，所述螺栓穿过调节孔并以螺帽紧固。

所述支架骨架的底座侧边开设有穿线孔，所述信号传输线通过该穿线孔与显示表电连接。