[发明专利]一种模拟煤岩体截割产尘的仿真实验系统及实验方法

说明书

本发明公开了一种模拟煤岩体截割产尘的仿真实验系统及实验方法。该实验平台上放置有截割实验装置，其上设置有煤块试样、任意分布载荷的加载装置、牵引速度加载装置、各种约束方式的实现装置、滚筒转速控制装置及截齿切换装置，力学监测装置及粉尘监测装置，该实验系统通过中央控制系统控制各个子系统完成实验要求。本发明实验系统能够实现对井下采煤工作面和掘进工作面截割产尘的仿真模拟分析，可以开展不同煤种的煤岩体在采掘工作中受不同地应力、不同截齿截割破坏产尘的仿真模拟、开展截齿在截割过程中的力学分析、开展不同截齿类型在截割过程中对粉尘浓度、粒径、速度及微观特性影响的研究等，为矿井采掘工作面粉尘防治提供理论和技术支持。

技术领域

本发明属于煤岩体截割产尘仿真模拟技术领域，具体涉及一种模拟煤岩体截割产尘的仿真实验系统。

背景技术

目前，我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，这是由我国富煤、少气、缺油的资源条件所决定的，煤炭资源是我国主要消费能源，约占一次能源消费总量的60％以上，随着煤矿机械化、自动化程度的不断提高，采掘工作面作业空间产尘量不断增大。采掘作业过程中总尘浓度最高可至3000mg/m³～10000mg/m³，其中呼尘浓度最高可至1500mg/m³～4000mg/m³，大大超过《煤矿安全规程》中的总尘浓度最高4mg/m³，呼尘浓度最高2.5mg/m³的要求，严重影响着操作工的生命健康，同时也对矿井安全生产构成了严重威胁。在采掘作业中，截齿截割煤岩体是井下第一产尘源，约占全尘量的60％左右。

采掘工作面截割产尘在国内外的研究和报道较少，而在实际生产过程中，影响煤岩体受截割产尘的因素较多。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟煤岩体截割产尘的仿真实验系统及实验方法，该实验系统可以开展不同煤种的煤岩体在采掘工作中受不同地应力、不同截齿截割破坏产尘的仿真模拟、开展截齿在截割过程中的力学分析、开展不同截齿类型在截割过程中对粉尘浓度、粒径、速度及微观特性影响的研究、开展煤岩体受截齿截割产尘的机理研究、开展通风与封闭条件下截割粉尘的分布及运移研究等，为矿井采掘工作面粉尘防治提供理论和技术支持。

其技术解决方案包括：

一种模拟煤岩体截割产尘的仿真实验系统，其包括实验平台，所述的实验平台上放置有截割实验台，所述的截割实验台上设置有煤块试样、任意分布载荷的加载装置、牵引速度加载装置、各种约束方式的实现装置、滚筒转速控制装置及截齿切换装置，力学监测装置及粉尘监测装置，该实验系统通过中央控制系统控制各个子系统完成实验要求；

所述的任意分布载荷的加载装置位于所述煤块试样的相邻侧，中央控制系统控制结构薄片对所述煤块试样进行不同力学的加载，以产生不同的力学加载参数；

所述的牵引速度加载装置用于向所述实验平台提供牵引力，所述的牵引速度加载装置通过中央控制系统对其进行控制，确保与现场工作速度一致；

各种约束方式的实现装置主要包括横向移动平台、纵向移动平台和固定装置，所述的横向移动平台为整个实验平台提供横向运移通道，使得截齿在受到牵引力的同时可横向移动，所述纵向移动平台模仿采煤机滚筒的升降装置，在人机互换界面选择下降距离，并将信号传递给中央控制系统，所述的中央控制系统用于控制电动机带动钢丝绳移动，使得截齿固定端可以上下移动，模拟采煤机上下行割煤方式；

所述的滚筒转速控制装置包括无极变速器，所述的无极变速器位于所述纵向升降台上方，用于控制滚筒的转速；

所述的截齿切换装置包括滚筒截齿、截齿固定端、电动机和钢丝绳，所述的滚筒截齿位于所述煤块试样的相邻侧；