[发明专利]一种模拟顶煤放出的四维透明可视化实验台及实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟顶煤放出的四维透明可视化实验台及实验方法，属于矿山工程技术领域。

背景技术

长壁综放开采作为我国开采厚煤层的重要采煤方法之一，自19世纪80年代被引入我国以来，已经得到了长足的发展，但关于综放开采顶煤放出规律的研究却一直滞后于其工程实践，难以达到理论指导实践的目的，特别是对不同煤层倾斜程度下顶煤三维空间坐标随时间变化的四维运动规律的认识不明确，很难直观揭示不同时间段内顶煤位移场和速度场的变化。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种模拟顶煤放出的四维透明可视化实验台及实验方法，可直观显示，使用方便的双向倾斜可视化四维顶煤放出规律模拟实验装置，从而实现顶煤三维空间坐标随时间变化的四维监测效果，达到高效模拟、直观显示综放工作面顶煤从破裂到放出的四维放出实况，快速精确得出不同区域顶煤的三维空间坐标随着时间的改变趋势，顶煤速度场、位移场的改变形式，达到指导综采放顶煤工作面合理优化放煤工艺、提高回收率的目的。

一种模拟顶煤放出的四维透明可视化实验台，液压千斤顶分别置于基座下方的四角，透明有机玻璃罩插于位于基座前后端的有机玻璃罩插槽内，并且其前端利用锚固螺钉通过锚固螺孔及锚固眼固定于位于基座前端的固定角钢上，运料盒置于基座中部运料盒槽中，放煤支架通过顶梁支撑立柱及顶梁支撑基座置于透明有机玻璃罩下端运料盒上部与基座相连，可伸缩尾梁上有尾梁伸缩拉环，顶梁连接可伸缩尾梁；矸石模拟透明介质、顶煤模拟透明介质及发光标志点颗粒置于放煤支架与透明有机玻璃罩围成的封闭空间内，高清摄像机与摄像机支架相连置于透明有机玻璃罩前、侧、上三个两两正交的空间范围内。

优选地，所述可伸缩尾梁下端内侧置有尾梁伸缩拉环，放煤与关门动作通过手拉尾梁伸缩拉环带动可伸缩尾梁伸缩实现。

优选地，所述矸石模拟透明介质由耐磨性高的PVC透明材料做成。

优选地，所述顶煤模拟透明介质由大小、形状不一，粒径、密度不同于矸石模拟透明介质耐磨性高的PVC透明材料做成。

优选地，所述发光标志点颗粒由内置发光源的内置发光源的可持续均匀发光材料做成。

优选地，所述液压千斤顶分别置于基座四角下部，与基座铰链结。

模拟顶煤放出的四维透明可视化实验方法，含有以下步骤；

模拟顶煤放出的四维透明可视化实验台组合完成后，进行放顶煤实验时，利用液压千斤顶调整实验台至实际模拟煤层倾角，通过手拉拉环带动可伸缩尾梁移动放出顶煤，同时打开空间三维高清摄像机记录顶煤放出过程，三个摄像机之间相互匹配，分别记录三个平面内的发光标志点颗粒的运移路径，待运料盒内出现发光标志点颗粒后再次通过手拉拉环带动可伸缩尾梁移动停止顶煤，同时关闭高清摄像机，通过对高清摄像机录像过程及发光标志点颗粒的放出时间统计处理，最终得出顶煤三维运移路径和时间的关系，拟合之后用以分析研究顶煤四维放出规律。

优选地，其实验步骤如下：

a、拼接实验台配件完成实验台组装；

b、将实验台放置水平地面并保证具有一定的实验空间；

c、将矸石模拟透明介质、顶煤模拟透明介质、发光标志点颗粒按实验要求置于以放煤支架为底的透明有机玻璃罩内；

d、调整液压千斤顶至实验要求模拟的煤层倾角；

e、按一定放煤顺序通过手拉拉环依次带动相关可伸缩尾梁移动将顶煤放入运料盒内，并通过运料盒将放出的顶煤移出实验台，与此同时打开高清摄像机记录下顶煤放出的过程；

f、待运料盒内出现发光标志点颗粒后，通过手拉拉环依次带动相关可伸缩尾梁移动停止放煤，同时关闭高清摄像机；

g、分析整理顶煤放出结果及实验全程录像过程，分别拟合三个高清摄像机捕捉发光标志点颗粒在三个正交平面上的投影轨迹，将三个正交平面的投影轨迹经过处理得到发光标志点颗粒空间三维轨迹和时间的四维放出规律；

h、按相反的组装顺序依次拆卸实验台，并将各部件置于干燥通风处保存。

与现有用于模拟顶煤放出的四维透明可视化试验装置相比，本发明具有如下优点：