(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111212281.3 (22)申请日 2021.10.18 (71)申请人 中国矿业大 学 地址 221116 江苏省徐州市铜山区大 学路1 号 (72)发明人 吕嘉锟　万志军　王骏辉　张源　 余坤　师鹏　张朝阳　 (74)专利代理 机构 北京智行 阳光知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11738 代理人 杨效忠 (51)Int.Cl. E21F 17/18(2006.01) E21F 17/00(2006.01) G06F 30/27(2020.01) (54)发明名称 一种基于放顶煤模拟试验系统和试验方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于放顶煤模拟试验系 统和试验方法， 包括： 基座； 平台， 与基座之间通 过多个伸缩装置相联接， 其中， 多个伸缩装置能 够独立或同步作伸缩运动； 储料箱， 固定联接在 平台的上端面， 且至少具有投料口和排料口； 至 少一个推送组件， 沿着平台的纵向方向布置且与 平台可相对运动地联接， 用于将位于储料箱内的 顶煤推送出排料口， 其中， 推送组件上具有用于 称量被推送顶煤的称重传感器； 支撑组件， 具有 挡煤板， 挡煤板倾斜放置在排料口的下端， 挡煤 板上设置有振动传感器和声音传感器； 输送组 件， 配置在挡煤板的下端， 用于在横向方向上输 送顶煤。 该放顶煤模拟试验系统为现场实现智能 化放煤提供理论基础。 权利要求书2页 说明书10页 附图3页 CN 114033494 A 2022.02.11 CN 114033494 A 1.一种基于放顶煤模拟试验系统， 其特 征在于， 包括： 基座(10)； 平台(20)， 与所述基座(10)之间通过多个伸缩装置(30)相联接， 其 中， 多个所述伸缩装 置(30)能够独立或同步作伸缩运动； 储料箱(50)， 固定联接在所述平台(20)的上端面， 且至少具有投料口(51)和排料口 (52)； 至少一个推送组件(60)， 沿着平台(20)的纵 向方向布置且与所述平台(20)可相对运动 地联接， 用于将位于储 料箱(50)内的顶煤推送出排料口(52)， 其中， 所述推送组件(60)上具 有用于称量被 推送顶煤的称重传感器(61)； 支撑组件(70)， 具有挡煤板(71)， 所述挡煤板(71)倾斜放置在所述排料口(52)的下端， 所述挡煤 板(71)上设置有振动传感器(74)和声 音传感器(75)； 输送组件(80)， 配置在所述挡煤板(71)的下端， 用于在横向方向上输送由支撑组件 (70)落下的顶煤； 其中， 所述伸缩装置(30)上安装有用于拍摄顶煤由排料口(52)落至挡煤板(71)的图像 信息的红外高速摄 像机(76)。 2.根据权利要求1所述的基于放顶煤模拟试验系统， 其特 征在于， 所述平台(20)的其中一侧边还配置一挡板(40)； 其中， 所述挡板(40)的一端与所述基 座(10)活动联接， 其另一端突出 所述平台(20)的上端面； 在所述插接槽(11)外部的挡板(40)上配置有多个与所述平台(20)运动轨迹相对应的 限位卡槽(42)； 其中， 所述平台(20)上适于配置一与所述限位 卡槽(42)相适配的限位 块； 其中， 多个所述限位 卡槽(42)之间为 等间隔弧度设置 。 3.根据权利要求2所述的基于放顶煤模拟试验系统， 其特 征在于， 所述基座(10)上配置有插接 槽(11)， 所述挡板(40)适于插接 至所述插接 槽(11)内； 当多个所述伸缩装置(30)同时作伸缩运动时， 所述挡板(40)能够相对于所述插接槽 (11)作伸缩运动； 当多个所述伸缩装置(30)独立作伸缩运动时， 所述挡板(40)能够相对于所述插接槽 (11)作转动运动。 4.根据权利要求1所述的基于放顶煤模拟试验系统， 其特 征在于， 所述推送组件(6 0)包括： 盖板(62)， 沿着所述平台(20)的纵向方向布置且与所述平台(20)可滑动地联接； 驱动件， 适于与所述盖 板(62)相联接， 用于驱动所述盖 板(62)沿着纵向方向往复运动。 5.根据权利要求 4所述的基于放顶煤模拟试验系统， 其特 征在于， 沿着所述平台(20)的纵 向方向布置拉杆(63)， 所述盖板(62)与所述拉杆(63)之间可相 对滑动地联接； 其中， 所述驱动件的一端与所述盖 板(62)相联接， 其另一端与所述平台(20)相联接 。 6.根据权利要求1所述的基于放顶煤模拟试验系统， 其特 征在于， 所述推送组件(60)包括多个， 且多个推送组件(60)沿着横向方向间隔布置在所述平台 (20)上。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114033494 A 27.根据权利要求1所述的基于放顶煤模拟试验系统， 其特 征在于， 所述支撑组件(70)还 包括： 防护架(72)， 所述挡煤 板(71)的一端与所述防护架(72)铰接联接； 支撑杆(73)， 其一端与所述挡煤板(71)的另一端铰接联接， 其另一端与所述防护架 (72)铰接联接 。 8.根据权利要求7 所述的基于放顶煤模拟试验系统， 其特 征在于， 所述支撑杆(73)包括： 第一套管(731)、 第二套管(732)和伸缩杆(73 3)， 所述第一套管(731)与挡煤板(71)或所述防护架(72)铰接联接， 所述第二套管(732)与 所述防护架(72)或挡煤 板(71)铰接联接； 所述伸缩杆(733)可调节地联接在所述第一套管(731)和所述第二套管(732)之间以延 长或缩短所述支撑杆(73)的长度。 9.根据权利要求8所述的基于放顶煤模拟试验系统， 其特 征在于， 所述伸缩杆(73 3)包括： 第一螺杆(73 31)、 第二螺杆(73 32)和旋钮(73 33)， 所述旋钮(73 33)与所述第一螺杆(73 31)和所述第二螺杆(73 32)固定联接； 所述第一套管(731)开设有第一螺纹孔， 所述第一螺杆(7331)与所述第一螺纹孔相配 合； 所述第二套管(732)开设有第二螺纹孔， 所述第二螺杆(7332)与所述第二螺纹孔相配 合； 其中， 所述第一螺纹孔与所述第二螺纹孔旋向相反， 所述第一螺杆(7331)与所述第二 螺杆(7332)旋向相反。 10.一种基于放顶煤模拟试验方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S10： 根据实验所需控制的单一变量， 根据具体的实验条件及现场条件， 计算确定模拟 岩层的参数比例及大小； 通过对现场煤矸样品的测量和实验， 根据实验要求选取合适的散 体材料作为实验材 料来模拟破碎的顶煤和矸石； S20： 根据实验方案设计煤层结构、 矸石类型、 含矸率的开采条件， 在储料箱(50)内按照 实验方案设定的厚度和顺序依 次铺设散体材料， 来模拟破碎的煤层和直接顶， 将顶煤煤矸 选取三个粒径大小不同的级别； S30： 通过操控至少一个推送组件(60)从而实现单轮顺序放煤、 多轮顺序放煤、 单轮间 隔放煤、 多轮间隔放煤的不同放煤方式的放煤过程的模拟； S40： 通过操控单个伸缩装置(30)来调节平台(20)进行倾斜运动， 实现模拟倾斜煤层的 放煤过程； S50： 在放煤过程 中， 实时开启称重传感器(61)， 随着放煤进程， 对储料箱(50)的重量进 行实时称量， 所得数据通过质量显示仪实时显示并储存， 观察并分析放煤过程中煤矸分界 线的质量变化规律； 同时通过安装在挡煤板(71)上的红外高速摄像机(76)记录煤矸图像信 息、 振动传感器(74)记录煤、 矸石与挡煤板(71)撞击时产生的振动响应、 声音传感器(75)采 集煤、 矸石与挡煤 板(71)撞击时产生的声 波信号。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114033494 A 3