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专利号: 2021105798234
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种模拟煤矿采动裂隙中颗粒沉积行为的实验系统,其特征在于,包括供风单元、供料单元、裂隙实验单元和数据采集单元;

所述的供风单元包括变频风机(1)和供风管路,包括变频控制器Ⅰ(2)的变频风机(1)的输出端与供风管路的输入端连接,供风管路上设有流量计(3)和截止阀Ⅰ(4);

所述的供料单元包括料仓(5)、带式输送机(7)和颗粒物施加器(10),料仓(5)的底部通过截止阀Ⅱ(6)与带式输送机(7)的输入端对接连接,带式输送机(7)的驱动电机(9)包括变频控制器Ⅱ(8),带式输送机(7)的输出端与颗粒物施加器(10)的输入端对接连接;

所述的裂隙实验单元自后向前依次包括颗粒物混合输入段(11)、扁平裂隙实验段(13)和集尘盒(16);颗粒物混合输入段(11)是文丘里管结构,包括进气管(11‑1)、混合室(11‑

4)、喉道(11‑5)和扩径管(11‑6),进气管(11‑1)的后端与供风管路的输出端密闭安装连接,进气管(11‑1)的前端是密闭伸入至混合室(11‑4)内部的、前小后大的缩径管(11‑2),混合室(11‑4)上贯穿设有与颗粒物施加器(10)的输出端密闭连通连接的进料管(11‑3)、且进料管(11‑3)对应缩径管(11‑2)的外壁设置,喉道(11‑5)对应缩径管(11‑2)的出口贯通设置在混合室(11‑4)的前端、且喉道(11‑5)的内径尺寸小于缩径管(11‑2)出口端的内径尺寸,前大后小的扩径管(11‑6)对接设置在喉道(11‑5)的前端;扁平裂隙实验段(13)是具有扁平结构内腔的箱型结构,扁平结构内腔的高度尺寸远小于扁平结构内腔的宽度尺寸,扁平裂隙实验段(13)的后端与扩径管(11‑6)的前端密闭固定安装连接;通过滤网与外界连通的集尘盒(16)的后端与扁平裂隙实验段(13)的前端密闭固定安装连接;

所述的数据采集单元包括中央控制器、称重传感器、断面扫描仪、压差计(15)、供风控制回路、供料控制回路和数据采集存储控制回路,两件称重传感器分别设置在料仓(5)和集尘盒(16)的底部,断面扫描仪设置在扁平裂隙实验段(13)的左侧或右侧或顶侧或底侧,压差计(15)的两个检测端分别与扁平裂隙实验段(13)内腔的前后两端连通连接,中央控制器分别与变频风机(1)、变频控制器Ⅰ(2)、驱动电机(9)、变频控制器Ⅱ(8)、称重传感器、断面扫描仪和压差计(15)电连接。

2.根据权利要求1所述的模拟煤矿采动裂隙中颗粒沉积行为的实验系统,其特征在于,扁平裂隙实验段(13)是可开合并密闭定位安装的开合定位安装结构,通过安装3D打印裂隙模型模拟裂隙。

3.根据权利要求1所述的模拟煤矿采动裂隙中颗粒沉积行为的实验系统,其特征在于,扁平裂隙实验段(13)内沿左右方向走向设有断面小间隙形成结构(14),通过断面小间隙形成结构(14)模拟裂隙。

4.根据权利要求1或2或3所述的模拟煤矿采动裂隙中颗粒沉积行为的实验系统,其特征在于,裂隙实验单元还包括设置在扁平裂隙实验段(13)前后两端的前置扁平渐变段(12‑

2)和后置扁平渐变段(12‑1);后置扁平渐变段(12‑1)的后端与扩径管(11‑6)的前端密闭固定安装连接、后置扁平渐变段(12‑1)的前端与扁平裂隙实验段(13)的后端密闭固定安装连接,且后置扁平渐变段(12‑1)的内腔纵截面是自后至前由圆形结构过渡为扁平结构的圆滑渐变结构;前置扁平渐变段(12‑2)的后端与扁平裂隙实验段(13)的前端密闭固定安装连接、前置扁平渐变段(12‑2)的前端与集尘盒(16)密闭固定安装连接,且前置扁平渐变段(12‑2)的内腔纵截面是自后至前由扁平结构过渡为圆形结构的圆滑渐变结构。

5.根据权利要求1或2或3所述的模拟煤矿采动裂隙中颗粒沉积行为的实验系统,其特征在于,截止阀Ⅰ(4)和截止阀Ⅱ(6)均是与中央控制器电连接的电控截止阀。

6.根据权利要求1或2或3所述的模拟煤矿采动裂隙中颗粒沉积行为的实验系统,其特征在于,流量计(3)上还设有与中央控制器电连接的电控流量控制阀。

7.根据权利要求1或2或3所述的模拟煤矿采动裂隙中颗粒沉积行为的实验系统,其特征在于,料仓(5)和颗粒物施加器(10)均是便于颗粒物滑落的锥形底结构。

8.一种使用如权利要求2所述的实验系统模拟煤矿采动裂隙中颗粒沉积行为的实验方法,其特征在于,针对通过安装3D打印裂隙模型模拟裂隙,具体包括以下步骤:a.实验准备:对煤样或岩样进行扫描并计算机建模生成裂隙建模模型,然后通过3D打印生成包括裂隙顶面模型和裂隙底面模型的3D打印裂隙模型,打开扁平裂隙实验段(13)后将裂隙顶面模型和裂隙底面模型的3D打印裂隙模型分别密闭对应定位安装在扁平结构内腔的顶平面和底平面上,将扁平裂隙实验段(13)密闭定位安装为一体后,将扁平裂隙实验段(13)的前后两端分别密闭连接安装集尘盒(16)和颗粒物混合输入段(11),完成裂隙实验单元的整体组装,连接各管路和电路后中央控制器记录空载的料仓(5)和集尘盒(16)的初始重量,并将断面扫描仪反馈的裂隙形态数据与计算机建模生成的裂隙建模模型进行同一基准坐标点的拟合、生成初始实验裂隙建模模型;

b.数据采集与输出:打开截止阀Ⅰ(4),中央控制器启动变频风机(1)后,通过控制变频控制器Ⅰ(2)调节设定变频风机(1)的频率参数至实验目标工况,同时将颗粒物置入料仓(5),中央控制器记录料仓(5)的重量、且变频风机(1)通过流量计(3)的反馈运行稳定后,中央控制器启动带式输送机(7)的驱动电机(9)、并通过控制变频控制器Ⅱ(8)调节设定驱动电机(9)的频率参数至实验目标工况,待带式输送机(7)运行稳定后打开截止阀Ⅱ(6),然后中央控制器根据压差计(15)的反馈处理并记录实验数据;待料仓(5)的称重传感器反馈料仓(5)恢复至初始数值、且压差计(15)反馈的数据稳定在设定范围后,中央控制器记录集尘盒(16)的称重传感器反馈的实际重量数据、并将该数据与集尘盒(16)的初始重量数据取差值计算并存储输出滞留于扁平裂隙实验段(13)内部的颗粒物的重量数据,同时中央控制器控制断面扫描仪对扁平裂隙实验段(13)进行断面扫描、生成二次实验裂隙建模模型,然后中央控制器将二次实验裂隙建模模型与初始实验裂隙建模模型进行比对、定位滞留于扁平裂隙实验段(13)内部的颗粒物的具体坐标位置并存储输出。

9.一种使用如权利要求3所述的实验系统模拟煤矿采动裂隙中颗粒沉积行为的实验方法,其特征在于,针对通过断面小间隙形成结构(14)模拟裂隙,具体包括以下步骤:a.实验准备:连接各管路和电路后,中央控制器记录空载的料仓(5)和集尘盒(16)的初始重量,并通过断面扫描仪对扁平裂隙实验段(13)进行断面扫描生成初始实验裂隙建模模型;

b.数据采集与输出:打开截止阀Ⅰ(4),中央控制器启动变频风机(1)后,通过控制变频控制器Ⅰ(2)调节设定变频风机(1)的频率参数至实验目标工况,同时将颗粒物置入料仓(5),中央控制器记录料仓(5)的重量、且变频风机(1)通过流量计(3)的反馈运行稳定后,中央控制器启动带式输送机(7)的驱动电机(9)、并通过控制变频控制器Ⅱ(8)调节设定驱动电机(9)的频率参数至实验目标工况,待带式输送机(7)运行稳定后打开截止阀Ⅱ(6),然后中央控制器根据压差计(15)的反馈处理并记录实验数据;待料仓(5)的称重传感器反馈料仓(5)恢复至初始数值、且压差计(15)反馈的数据稳定在设定范围后,中央控制器记录集尘盒(16)的称重传感器反馈的实际重量数据、并将该数据与集尘盒(16)的初始重量数据取差值计算并存储输出滞留于扁平裂隙实验段(13)内部的颗粒物的重量数据,同时中央控制器控制断面扫描仪对扁平裂隙实验段(13)进行断面扫描、生成二次实验裂隙建模模型,然后中央控制器将二次实验裂隙建模模型与初始实验裂隙建模模型进行比对、定位滞留于扁平裂隙实验段(13)内部的颗粒物的具体坐标位置并存储输出。