岩层移动及顶板压力在线监测综合模拟实验设计及应用

《岩层移动及顶板压力在线监测综合模拟实验设计及应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、岩层移动及顶板压力在线监测综合模拟实验设计及应用中国矿业大学矿业工程学院/矿业工程实验教学中心摘要：针对目前采矿工程专业实验存在的问题，为了更好地让学生了解采煤工作面顶板岩层移动现象及顶板压力在线监测的技术方法，设计研发了岩层移动及顶板压力在线监测综合模拟实验系统。通过该系统，学生可以自行搭建顶板压力在线监测系统，自行进行顶板岩层移动规律的多种模拟实验，实验的开展可以促使学生更好的理解液压支架同顶板岩层的作用关系。实践表明，系统稳定可靠，学生实验积极性高，综合实验能力得到较大提升，实验效果明显。关键词：采矿工程专业;岩层移动实验;矿压监测;实验设计;作者简介：张凯（1989一）

2、，男，硕士，助理实验师，主要从事矿山压力与岩层控制相关实验研究。收稿日期：2017-05-27Received：2017-05-27随着信息技术的发展，煤矿设备的现代化程度、矿井信息化及数字化程度不断提高，矿山压力的监测手段也有了很大的提升。目前，矿山压力在线监测系统已在各矿井大力普及使用。矿山压力在线监测系统通过对采煤工作面液压支架的立柱压力进行实时采集及监测，及时判断工作面液压支架的工作状态，为采煤工作而的管理提供实时的数据。工作而顶板在线监测系统也是未来实现无人工作而采煤in、智能采矿m必要的基础，目前工作面顶板压力在线监测系统己成为现代化矿井必不可少的一部分，这对采矿工

3、程专业学生也提出了相应的能力要求。目前，采矿工程专业相关实验中还没有顶板压力在线监测相关实验内容，造成学生对专业认知的相对滞后，极大限制了学生对相关技术的认知及掌握。1现有实验介绍及存在问题文学矿业工程实验教学中心是国家级实验教学示范中心，担负着采矿工程及其他涉煤专业学生专业实验及科研创新训练任务。实验中心开设有多项专业实验内容，其中涉及到釆矿工程中岩层移动相关实验主要伍括:釆煤工作面岩层移动相似物理模拟实验、砌体梁结构模拟实验、矿III压力监测仪器仪表的使用实验等。1.1采煤工作面岩层移动相似物理模拟实验目前，采煤工作面岩层移动相似物理模拟实验是采矿工程学生重耍的综合性实验。

4、采煤工作面岩层移动和似物理模拟实验是利用和原型力学性质和似的材料，按照一定的几何比例模拟岩体及煤层，并进行开掘，模拟釆煤过程，在满足相似的边界及初始条件下，使在相应的时期内造成相似的矿山压力现象位1。实验室采煤工作而岩层移动相似物理模拟实验如图1所示。阁1岩层移动相似物理模拟实验下载原阁1.2砌体梁结构模拟实验砌体梁结构模拟实验是中心自行设计实验，根据钱鸣高院士所提出的“砌体梁理论”[4]，利用实验室设备进行实验展示。通过实验，使学生掌握砌体梁理论，直观了解砌体梁结构形态，再现砌体梁形成过程，了解水平阻力的大小与砌体梁结构的平衡关系。实验如图2所示。(a)实验原理图⑹实验阁2砌

5、体梁结构模拟实验下载原阁1.3矿山压力监测仪器仪表实验矿山压力监测仪器仪表实验，是针对采矿工程实践实际使用的仪器仪表，在实验室向学生进行监测仪器仪表原理及操作的讲解。实验仪器主要包括矿用钻孔窥视仪、锚杆拉拔计、顶板压力监测主站、钻孔应力计、激光测距仪、锚杆测力计、顶板离层仪、深基点位移计等应力及位移监测设备，实验仪器仪表如阁3所示。图3实验仪器仪表实验下载原图1.4实验存在问题上述三组实验均是采矿工程专业的实验内容，各实验侧重点各不相同。相似物理模拟实验根据相似原理宏观展现煤炭开采中告层移动的现象，实验成熟可靠，但实验费时费力，成木较高且无法重复利用，目前多用于釆矿相关科学研宄

6、。砌体梁模拟实验可以展现出开采过程中顶板所形成结构，顶板变形过程及水平应力对顶板破断形态的影响，但实验只能直观定性的展示一些内容，且实验过程中没有考虑液压支架支护的影响，无法对工作面顶板同液压支架的关系进行实验。矿山压力检测仪器仪表实验，只能展示出实验仪器仪表的结构及原理，但不能在实验室内实际安装使用，造成该实验中学生缺乏实践环节。针对上述实验存在的缺陷，实验中心经过多年积累，研究设计开发岩层移动及顶板压力在线监测综合实验教学系统。2实验总体结构设计针对现有实验存在的不足，设计开发岩层移动及顶板压力在线监测综合实验教学系统。该系统能够实现:煤炭开釆中顶板岩层移动直观展示及测量、

7、顶板移动与液压支架相互关系的研究、实验仪器仪表的安装使用及数据的处理、实验的便捷性及可重复性。针对以上要求，设计开发实验系统。该实验系统已申请专利，专利号301510448361.7。实验系统结构图设计如图4所示。实验系统主要包括模拟岩体、模拟液压支架、矿山压力在线监测系统三部分。10j1-模拟液压支架，2-支架前立柱，3-支架后立柱，4-弹簧，5-模拟直接顶，6-模拟基本顶，7-模拟采空区矸石，8、9、10-液压泵，11-液压油缸。模拟液压支架按支撑式液压支架设计，设计为四立柱液压支架。