適用於模型試驗的自動化微型採煤系統的製作方法

2023-04-25 07:33:26

專利名稱：適用於模型試驗的自動化微型採煤系統的製作方法
技術領域：
適用於模型試驗的自動化微型採煤系統技術領域[0001]本實用新型涉及一種在無煤柱煤與瓦斯共採模擬試驗當中應用的微型採煤機，尤其是一種適用於模型試驗的自動化微型採煤系統。
背景技術：
[0002]煤礦開採後，上覆巖層破裂，在採場四周形成應力洩壓區和巖層破裂區，從而增加煤體與巖層的透氣性，煤體中的瓦斯氣體就會釋放，在裂隙區內運移。對於高瓦斯或煤與瓦斯突出煤層，為了避免瓦斯爆炸等事故，一般需要進行採前預先抽放以及開採過程中進行瓦斯抽放與治理，降低煤層中的瓦斯含量，為了提高瓦斯抽放效率，需要研究開採過程中瓦斯的運移規律。目前關於瓦斯運移規律研究主要是理論分析、數值模擬計算、現場觀測以及模擬試驗等方法，其中模擬試驗要成功，就需要研製一套能夠真實模擬現場回採過程的微型採煤機。[0003]目前相關微型採煤機的研究現狀如下:[0004](I)申請號為200710118254.3的中國專利公開了一種煤與瓦斯共採三維模擬實驗臺，包括箱體，箱體上設有加壓裝置，用於對箱體內的巖石均勻加載，實現礦壓模擬；該實驗臺還設有採煤裝置，採煤裝置可在箱體底部移動，模擬採煤機割煤過程。底板採煤，實際反映的是模型在沒有底板的情況下運動跨落狀態，這種採煤方法與實際差別很大，並不能完全反映實際情況，其配置的採煤裝置也僅能適用於模擬底板採煤，並不能適用於模擬其他巖煤層的開採過程。[0005](2)申請號為200820172271.5的中國專利公開了一種用於採場礦壓三維物理模擬試驗臺的新型採煤裝置，特徵是包括一工作支撐臺架及一微型開採機構，微型開採機構能置放在工作支撐臺架上，在人工操作下微型開採機構能沿工作支撐相應移動進抵工位，上述工作支撐臺架設置高度調節結構。該試驗裝置自動化程度不高，採煤推進需由人工完成，無法保證速度的均勻性，且回採過程由外部向內開採，不能真實模擬現場實際採煤情況，無法真實反映上覆巖層的破裂坍塌過程。實用新型內容[0006]本實用新型的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種適用於模型試驗的自動化微型採煤系統，該系統易操作、自動化程度高，煤層回採時先開挖上下順槽，然後形成開切眼，從開切眼處向外開挖，隱蔽式開挖，真實模擬煤層回採過程。[0007]為實現上述目的，本實用新型採用下述技術方案:[0008]一種適用於模型試驗的自動化微型採煤系統，包括高度可調節的支架，所述支架的一端設有旋轉電機，支架上設有步進電機和液壓支腿，支架另一端設有採煤裝置，所述旋轉電機和步進電機均與採煤裝置相連；所述步進電機、旋轉電機和液壓支腿分別和自動控制系統相連接。[0009]所述採煤裝置包括預埋開切眼，所述預埋開切眼中設有C型擋罩、採煤機滾筒、通風管、傘齒輪、傘齒輪轉動軸承和花鍵軸，所述C型擋罩固定安裝於採煤機滾筒的後部，通風管一端與C型擋罩上的通風口固定連接，另一端固定在傘齒輪上，傘齒輪安裝於採煤機滾筒兩端，傘齒輪通過花鍵軸與旋轉軸相連，旋轉軸與旋轉電機相連；採煤機滾筒與傘齒輪接觸部位設有滾筒支架，採煤機滾筒、傘齒輪、花鍵軸和傘齒輪轉動軸承均安裝在滾筒支架上，形成一個聯動整體，旋轉軸通過花鍵軸與其上的傘齒輪連接。所述傘齒輪轉動軸承安裝於傘齒輪與滾筒支架接觸處。所述旋轉軸外部設有旋轉軸外套，旋轉軸外套露出模型一端通過旋轉軸外套法蘭由螺栓固定在旋轉電機上，其旋轉軸外套下部設有齒條，由齒輪帶動其水平運動。所述齒條與連接在步進電機上的齒輪嚙合；旋轉軸外部靠近旋轉電機一側外表面上加工有風管連接法蘭，外部風管由此固定在旋轉軸外套上。預埋開切眼為一面開口的中空長方體鋼架，兩端各向外伸出一個耳朵狀構件，預埋開切眼的高度大於採煤機滾筒，預埋開切眼預埋在採煤機滾筒外部。所述C型擋罩上部設置有橡膠擋風墊，兩側有通風口，並安裝固定在採煤機滾筒後部，同採煤機滾筒一起水平運動。採煤機滾筒採煤時形成的回採落料存儲於C型擋罩內，並由外部風流通過通風口帶出C型擋罩。所述採煤機滾筒為外部帶有滾刀的中空圓筒，兩端分別安裝有傘齒輪，傘齒輪與滾筒支架接觸處安裝有傘齒輪轉動軸承，以確保傘齒輪帶動的採煤機滾筒能夠平穩順暢的運行。採煤機滾筒由旋轉軸通過傘齒輪帶動旋轉，整個回採過程可以通過外部自動化控制系統實現精確控制。所述滾筒支架位於採煤機滾筒與傘齒輪接觸部位，用以支撐採煤機滾筒旋轉，保護預埋件免受回採煤塵的幹擾。採煤機滾筒、傘齒輪、花鍵軸和傘齒輪轉動軸承均安裝在滾筒支架上，形成一個聯動整體，外部旋轉軸通過花鍵軸與其連接，並通過傘齒輪帶動採煤機滾筒旋轉，當旋轉軸由旋轉軸外套帶動水平移動時，整個聯動整體也跟隨其一起向外水平運動，完成回採過程。所述通風管一端安裝固定在C型擋罩通風口上,另一端固定在傘齒輪上,用以在回採過程中通風，由風力帶走回採落料。所述傘齒輪為動力傳遞裝置，通過旋轉軸傳遞外部旋轉電機產生的旋轉力，帶動內部採煤機滾筒旋轉割煤，傘齒輪內部為貫通的中空結構，通風管安裝在傘齒輪頭部，外部風流由此進入或抽出C型擋罩。所述花鍵軸用以連接預埋傘齒輪和旋轉軸，內部為貫通的中空結構，可以用來通風。花鍵軸中部設置有鍵，可以通過旋轉軸上的鍵道和鍵槽將兩者連接在一起，以傳遞外部旋轉力。所述旋轉軸為中空圓筒軸，在其兩端安裝有旋轉軸支撐軸承，靠近旋轉電機的一端設有進迴風孔，旋轉軸支撐軸承靠近進迴風孔一側安裝有密封墊，當外部風流通過風管進入旋轉軸外套時，由於密封墊的阻擋作用，風流由進迴風孔進入旋轉軸內部流動，並依次通過花鍵軸、傘齒輪、通風管到達C型擋罩。所述旋轉軸通過旋轉軸約束滾輪約束，所述旋轉軸約束滾輪為中間部分內凹的圓柱型橡膠輪，由滾輪支架固定在高度可調節支架上，在滾輪支架和旋轉軸約束滾輪之間安裝有約束滾輪軸承，可以保證旋轉軸約束滾輪平穩順暢的運行。[0021]所述高度可調節支架為框架結構，其上安裝有液壓支腿、滾輪支架、步進電機固定託架和支架加固斜撐，底部設有支架移動滾輪，步進電機固定託架上安裝有步進電機，支架加固斜撐位於步進電機固定託架下方。液壓支腿由螺旋當高度可調節支架需要升起以適應回採高度時，由自動化控制系統控制液壓支腿升起，從而帶動整套微型採煤系統向上移動。[0022]所述步進電機由步進電機固定託架固定在高度可調節支架上。步進電機轉軸上帶有鍵，可以通過齒輪上的鍵槽與其連接在一起。[0023]本實用新型的有益效果是，[0024]1.該裝置適用於礦山模型試驗水平煤層和傾斜煤層的隱蔽式自動化開挖。[0025]2.該裝置可應用於模型部分回採預埋開切眼隱蔽式開挖，也可應用於模型通長回採後部安裝開挖。[0026]3.該裝置預埋在試驗模型內，回採時需要先開挖上下順槽，形成開切眼，回採的料存儲於C型擋罩內，由風力運出模型試驗裝置，能夠真實模擬現場實際情況。[0027]4.該裝置自動化程度高，無需人工推進，由自動化控制系統控制回採的整個過程。


[0028]圖1是本實用新型試驗裝置的結構示意圖；[0029]圖2是本實用新型試驗裝置的側視圖；[0030]圖3是圖1中A-A向的剖面視圖；[0031]圖4是圖1、2中B-B向剖面視圖；[0032]圖5是圖1中I部分放大圖；[0033]圖6是圖1中II部分放大圖；[0034]圖7是圖1中III部分放大圖；[0035]圖8是圖2中IV部分放大圖；[0036]其中，1.預埋開切眼，2.C型擋罩，3.採煤機滾筒，4.滾筒支架，5.通風管，6.傘齒輪，7.傘齒輪轉動軸承，8.花鍵軸，9.旋轉軸，10.回採上順槽，11.回採下順槽，12.旋轉軸支撐軸承，13.旋轉軸外套，14.步進電機，15.旋轉軸約束滾輪，16.高度可調節支架，17.液壓支腿，18.滾輪支架，19.旋轉電機，20.齒條，21.齒輪，22.支架移動滾輪，23.約束滾輪軸承，24.步進電機固定託架，25.支架加固斜撐，26.通風口，27.回採落料，28.橡膠擋風墊，29.密封墊，30.進迴風孔，31.風管連接法蘭，32.風管，33.旋轉軸外套法蘭，34.螺栓，35.試驗模型。
具體實施方式
[0037]
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。[0038]如圖1-圖8所示，適用於模型試驗的自動化微型採煤系統，包括預埋開切眼1、C型擋罩2、採煤機滾筒3、滾筒支架4、通風管5、傘齒輪6、傘齒輪轉動軸承7、花鍵軸8、旋轉軸9、回採上順槽10、回採下順槽11、旋轉軸支撐軸承12、旋轉軸外套13、步進電機14、旋轉軸約束滾輪15、高度可調節支架16、液壓支腿17、滾輪支架18、旋轉電機19、齒條20、齒輪21、支架移動滾輪22、約束滾輪軸承23、步進電機固定託架24、支架加固斜撐25、通風口 26、回採落料27、橡膠擋風墊28、密封墊29、進迴風孔30、風管連接法蘭31、風管32、旋轉軸外套法蘭33和螺栓34，其中步進電機14、旋轉電機19和液壓支腿17分別和自動控制系統相連接。預埋開切眼I為一面開口的中空長方體鋼架，兩端各向外伸出一個耳朵，用以保護預埋件如C型擋罩2、採煤機滾筒3、通風管5、傘齒輪6、傘齒輪轉動軸承7和花鍵軸8，預埋開切眼I的高度略大於採煤機滾筒3，預埋在採煤機滾筒3外部。回採形成前先由外部開挖試驗模型35的回採上順槽10和回採下順槽11，形成開切眼後安裝旋轉軸9和旋轉軸外套13等外部部件。C型擋罩2上部設置有橡膠擋風墊28，兩側有通風口 26，並安裝固定在採煤機滾筒3後部，同採煤機滾筒3 —起水平運動。採煤機滾筒3採煤時形成的回採落料27存儲於C型擋罩2內，並由外部風流通過通風口 26帶出C型擋罩2。採煤機滾筒3為外部帶有滾刀的中空圓筒，兩端分別安裝有傘齒輪6，傘齒輪6與滾筒支架4接觸處安裝有傘齒輪轉動軸承7，以確保傘齒輪6帶動的採煤機滾筒3能夠平穩順暢的運行。採煤機滾筒3由旋轉軸9通過傘齒輪6帶動旋轉，整個回採過程可以通過外部自動化控制系統實現精確控制。滾筒支架4位於採煤機滾筒3與傘齒輪6接觸部位，用以支撐採煤機滾筒3旋轉，保護預埋件免受回採煤塵的幹擾。採煤機滾筒3、傘齒輪6、花鍵軸8和傘齒輪轉動軸承7均安裝在滾筒支架4上，形成一個聯動整體，外部旋轉軸9通過花鍵軸8與其連接，並通過傘齒輪6帶動採煤機滾筒3旋轉，當旋轉軸9由旋轉軸外套13帶動水平移動時，整個聯動整體也跟隨其一起向外水平運動，完成回採過程。通風管5 —端安裝固定在C型擋罩2通風口上,另一端固定在傘齒輪6上,用以在回米過程中通風，由風力帶走回米落料27。傘齒輪6為動力傳遞裝置，通過旋轉軸9傳遞外部旋轉電機19產生的旋轉力，帶動內部採煤機滾筒3旋轉割煤，傘齒輪6內部為貫通的中空結構，通風管5安裝在傘齒輪6頭部，外部風流由此進入或抽出C型擋罩2。花鍵軸8用以連接預埋傘齒輪6和旋轉軸9，內部為貫通的中空結構，可以用來通風。花鍵軸8中部設置有鍵，可以通過旋轉軸9上的鍵道和鍵槽將兩者連接在一起，以傳遞外部旋轉力。旋轉軸9為中空圓筒軸，在其兩端安裝有旋轉軸支撐軸承12，靠近旋轉電機19的一端設有進迴風孔30，旋轉軸支撐軸承12靠近進迴風孔30 —側安裝有密封墊29，當外部風流通過風管32進入旋轉軸外套13時，由於密封墊29的阻擋作用，風流由進迴風孔30進入旋轉軸9內部流動，並依次通過花鍵軸8、傘齒輪6、通風管5到達C型擋罩2。旋轉軸外套13安裝在旋轉軸9外部，靠近旋轉電機19 一側外表面上加工有風管連接法蘭31，外部風管32可以由此固定在旋轉軸外套13上，其中旋轉軸外套13露出模型一端通過旋轉軸外套法蘭33由螺栓34固定在旋轉電機19上，旋轉軸外套13下部加工有齒條20，由齒輪21帶動其水平運動。旋轉軸約束滾輪15為中間部分內凹的圓柱型橡膠輪，由滾輪支架18固定在高度可調節支架16上，在滾輪支架18和旋轉軸約束滾輪15之間安裝有約束滾輪軸承23，可以保證旋轉軸約束滾輪15平穩順暢的運行。高度可調節支架16為框架結構，其上安裝有液壓支腿17、滾輪支架18、步進電機固定託架24和支架加固斜撐25，底部設有支架移動滾輪22。當高度可調節支架16需要升起以適應回採高度時，由自動化控制系統控制液壓支腿17升起，從而帶動整套微型採煤系統向上移動。[0050]步進電機14由步進電機固定託架24固定在高度可調節支架16上。步進電機轉軸上帶有鍵，可以通過齒輪21上的鍵槽與其連接在一起。[0051]模型部分回採預埋開切眼隱蔽式開挖:[0052]在模型製作時根據煤層設計標高和傾斜角度，在設定回採位置預埋開切眼1，C型擋罩2、採煤機滾筒3、滾筒支架4、通風管5、傘齒輪6、傘齒輪轉動軸承7和花鍵軸8，均放置於預埋開切眼I內。模型製作完成後加載，開始試驗時，需要開挖回採上順槽10和回採下順槽11。然後，將本實用新型裝置的高度可調節支架16推到試驗模型35外側，根據煤層傾角和高度調節液壓支腿17 ;然後將旋轉軸9沿上下順槽插入花鍵軸8並固定，同時將風管32通過風管連接法蘭31與旋轉軸外套13的進迴風孔30連接，兩個風管32分別接鼓風機和抽風機，形成風流；然後控制步進電機14和旋轉電機19工作，分別帶動採煤機滾筒2和旋轉軸外套13轉動和平移，開始模擬煤層回採，直至完成試驗過程。[0053]模型通長回採後部安裝開挖:[0054]根據煤層設計標高和傾斜角度製作模型，模型製作完成後加載、開始試驗。[0055]首先開挖回採上順槽10和回採下順槽11，然後，將本實用新型裝置的高度可調節支架16推到實驗模型35外側，根據煤層傾角和高度調節液壓支腿17 ;然後將旋轉軸9沿上下順槽，在模型後部安裝C型擋罩2、採煤機滾筒3、滾筒支架4、通風管5、傘齒輪6、傘齒輪轉動軸承7和花鍵軸8，將花鍵軸8於旋轉軸9連接固定；同時將風管32通過風管連接法蘭31與旋轉軸外套13的進迴風孔30連接，兩個風管32分別接鼓風機和抽風機，形成風流；然後控制步進電機14和旋轉電機19工作，分別帶動採煤機滾筒2和旋轉軸外套13轉動和平移，開始模擬煤層回採，直至完成試驗過程。[0056]上述雖然結合附圖對本實用新型的具體實施方式
進行了描述，但並非對本實用新型保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護範圍以內。
權利要求1.一種適用於模型試驗的自動化微型採煤系統，其特徵是，包括高度可調節的支架，所述支架的一端設有旋轉電機，支架上設有步進電機和液壓支腿，支架另一端設有採煤裝置，所述旋轉電機和步進電機均與採煤裝置相連；所述步進電機、旋轉電機和液壓支腿分別和自動控制系統相連接。
2.如權利要求1所述的系統，其特徵是，所述採煤裝置包括預埋開切眼，所述預埋開切眼中設有C型擋罩、採煤機滾筒、通風管、傘齒輪、傘齒輪轉動軸承和花鍵軸，所述C型擋罩固定安裝於採煤機滾筒的後部，通風管一端與C型擋罩上的通風口固定連接，另一端固定在傘齒輪上，傘齒輪安裝於採煤機滾筒兩端，傘齒輪通過花鍵軸與旋轉軸相連，旋轉軸與旋轉電機相連；採煤機滾筒與傘齒輪接觸部位設有滾筒支架，採煤機滾筒、傘齒輪、花鍵軸和傘齒輪轉動軸承均安裝在滾筒支架上，形成一個聯動整體，旋轉軸通過花鍵軸與其上的傘齒輪連接。
3.如權利要求2所述的系統，其特徵是，所述傘齒輪轉動軸承安裝於傘齒輪與滾筒支架接觸處。
4.如權利要求2所述的系統，其特徵是，所述旋轉軸外部設有旋轉軸外套，旋轉軸外套露出模型一端通過旋轉軸外套法蘭由螺栓固定在旋轉電機上，其旋轉軸外套下部設有齒條，所述齒條與連接在步進電機上的齒輪嚙合；旋轉軸外部靠近旋轉電機一側外表面上加工有風管連接法蘭，外部風管由此固定在旋轉軸外套上。
5.如權利要求2所述的系統，其特徵是，預埋開切眼為一面開口的中空長方體鋼架，兩端各向外伸出一個耳朵狀構件，預埋開切眼的高度大於採煤機滾筒，預埋開切眼預埋在採煤機滾筒外部。
6.如權利要求2所述的系統，其特徵是，所述C型擋罩上部設置有橡膠擋風墊，兩側有通風口 ；所述採煤機滾筒為外部帶有滾刀的中空圓筒。
7.如權利要求2所述的系統，其特徵是，所述傘齒輪為動力傳遞裝置，傘齒輪內部為貫通的中空結構，通風管一端安裝在傘齒輪頭部，另一端安裝固定在C型擋罩通風口上。
8.如權利要求2所述的系統，其特徵是，所述花鍵軸內部為貫通的中空結構，中部設置有鍵，通過旋轉軸上的鍵道和鍵槽將花鍵軸和旋轉軸連接在一起。
9.如權利要求2所述的系統，其特徵是，所述旋轉軸為中空圓筒軸，其兩端安裝有旋轉軸支撐軸承，靠近旋轉電機的一端設有進迴風孔，旋轉軸支撐軸承靠近進迴風孔一側安裝有密封墊； 所述旋轉軸通過旋轉軸約束滾輪約束，所述旋轉軸約束滾輪為中間部分內凹的圓柱型橡膠輪，其由滾輪支架固定在高度可調節的支架上，在滾輪支架和旋轉軸約束滾輪之間安裝有約束滾輪軸承。
10.如權利要求1所述的系統，其特徵是，所述支架為框架結構，其上安裝有液壓支腿、滾輪支架、步進電機固定託架和支架加固斜撐，底部設有支架移動滾輪，步進電機固定託架上安裝有步進電機，支架加固斜撐位於步進電機固定託架下方。
專利摘要本實用新型公開了一種適用於模型試驗的自動化微型採煤系統，包括高度可調節的支架，所述支架的一端設有旋轉電機，支架上設有步進電機和液壓支腿，支架另一端設有採煤裝置，所述旋轉電機和步進電機均與採煤裝置相連；所述步進電機、旋轉電機和液壓支腿分別和自動控制系統相連接。該系統易操作、自動化程度高，煤層回採時先開挖上下順槽，然後形成開切眼，從開切眼處向外開挖，隱蔽式開挖，真實模擬煤層回採過程。
文檔編號E21C25/06GK202970715SQ20122062196
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月21日 優先權日2012年11月21日
發明者王漢鵬, 李術才, 薛俊華, 袁亮, 李建明, 餘國鋒, 吳志堅, 張慶賀 申請人:山東大學, 淮南礦業(集團)有限責任公司