[发明专利]一种基于应力发光材料的综放开采模拟实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于应力发光材料的综放开采模拟实验装置及方法，包括透明亚克力板框架、模拟放煤支架、放料仓、分离仓、烘干仓、应力发光顶煤模拟颗粒、矸石模拟颗粒、颗粒应力实时监测分析系统、支架顶梁受力监测系统、活动板；模拟放煤支架位于透明亚克力板框架中部，放料仓、分离仓、烘干仓依次位于模拟放煤支架下方；应力发光顶煤模拟颗粒和矸石模拟颗粒依次填充在模拟放煤支架上方；颗粒应力实时监测分析系统用来实时监测放煤过程中应力发光顶煤模拟颗粒受到的应力大小；支架顶梁受力监测系统用来监测放煤过程中支架顶梁受力变化情况。本发明可直观地实时监测顶煤颗粒放煤过程中受力大小及分布，有利于深入揭示顶煤放出力学机理。

技术领域

本发明涉及一种基于应力发光材料的综放开采模拟实验装置及方法，属于矿山工程技术领域。

背景技术

放顶煤开采技术自引入我国以来，无论在技术方法上，还是在理论上都有了丰富的成果。放顶煤技术中顶煤放出规律是其研究的重要内容之一，目前主要以室内放煤实验和数值模拟为主，且以往对顶煤放出规律的研究，大多还是处于比较浅的规律描述分析，对产生这一规律的内在力学机理研究较少，因此针对这一现象，急需要设计一种可以观测顶煤颗粒在放煤过程中受力情况的设备装置。调研发现，现有的放煤过程中顶煤颗粒受力情况观测技术中，对放煤过程的应力观测是借助外置平行光源、偏振片、四分之一波片进行的【ZL201810145167.5】，这种方法操作过程复杂，受操作误差影响大，且可观测范围受四分之一波片大小的限制。进而提出了一种采用弹性应力发光材料对综放开采放煤过程颗粒受力情况进行直接观测的装置和方法，弹性应力发光材料是一种应力发光强度与施加的机械应力成正比的新型材料，尽管目前国内外对弹性应力发光材料的研究仍处于起步阶段，但已取得许多有益结果，该材料可以将机械能转化为光能，进而可以直接进行捕捉处理，结合该材料的特性，开发基于应力发光材料的综放开采模拟实验装置进行放顶煤开采室内模拟，可以直观地实时监测顶煤放出过程中顶煤颗粒受力大小及分布情况，进而对顶煤放出力学机理进行深入研究。

发明内容

本发明提出一种基于应力发光材料的综放开采模拟实验装置及方法，该实验装置可以直接观察不同煤层赋存状态、不同块度级配和形状条件下顶煤颗粒受力大小及分布情况，可以观察自然堆积状态下散体颗粒堆内部颗粒力链形态，同时实现了顶煤模拟颗粒和矸石模拟颗粒的自动分离，大大减少了实验者的工作量。

本发明采用如下技术方案：

本发明包括透明亚克力板框架、模拟放煤支架、放料仓、分离仓、烘干仓、应力发光顶煤模拟颗粒、矸石模拟颗粒、颗粒应力实时监测分析系统、支架顶梁受力监测系统、活动板；所述的模拟放煤支架位于所述的透明亚克力板框架中部，所述的放料仓、分离仓、烘干仓依次位于所述的模拟放煤支架下方；所述的应力发光顶煤模拟颗粒和所述的矸石模拟颗粒依次填充在所述的模拟放煤支架上方；所述的颗粒应力实时监测分析系统用来实时监测放煤过程中所述的应力发光顶煤模拟颗粒受到的应力大小；所述的支架顶梁受力监测系统安装在所述的模拟放煤支架顶梁上，用来监测放煤过程中所述的模拟放煤支架顶梁受力变化情况。

所述的颗粒应力实时监测分析系统包括高清摄像机、中心分析处理系统、应力显示输出设备；所述的高清摄像机用来拍摄所述的应力发光顶煤模拟颗粒发光强弱，所述的中心分析处理系统用来将光能对应转换为机械能，所述的应力显示输出设备用来实时显示颗粒受力大小。

所述的应力发光顶煤模拟颗粒可以将机械能转化为光能，在放煤过程中，所述的应力发光顶煤模拟颗粒受力越大发光越强，由此可以直观地看出放煤过程中应力分布情况；通过所述的颗粒应力实时监测分析系统可以实时显示出颗粒受力大小及分布情况。

所述的应力发光顶煤模拟颗粒通过所述的模拟放煤支架后流入所述的放料仓形成散体颗粒堆，可以测量所述应力发光顶煤模拟颗粒的自然安息角；通过所述的颗粒应力实时监测分析系统可以统计分析散体颗粒堆内部的受力分布情况。