(19)国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202222278366.8 (22)申请日 2022.08.29 (73)专利权人 西安科技大 学 地址 710000 陕西省西安市雁塔中路58号 (72)发明人 黄庆享　杨涵问　贺雁鹏　赵灿　 毛小娃　刘昭　魏琦　 (74)专利代理 机构 郑州图钉专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 41164 专利代理师 郭一路 (51)Int.Cl. E21F 1/00(2006.01) E21F 1/10(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)实用新型名称 一种长壁工作面端头悬顶风流可视化模拟 装置 (57)摘要 本实用新型属于煤矿工作面安全开采技术 领域， 且公开了一种长壁工作面端头悬顶风流可 视化模拟 装置， 包括煤层模拟结构、 支撑结构、 采 空区矸石模拟结构、 端头悬顶结构、 巷道模拟装 置、 气体发生装置、 抽吸风机、 数据采集装置和安 装在装置外部的计算机； 本实用新型通过相似比 真实还原端头悬顶， 进行不同尺寸的悬顶模拟， 可拆卸， 可组装， 方便快捷； 不同煤层地质条件 下， 该装置可以模拟浅埋近水平煤层和模拟采空 区矸石； 该装置可模拟风流变化规律， 便于观察 分析； 该装置 可采集风速、 风压等参数， 并监测气 体浓度； 该装置使用的透明箱 体能实现可视化展 示， 方便观察实验结果。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 218030256 U 2022.12.13 CN 218030256 U 1.一种长壁工作面端头悬顶风流可视化模拟装置， 其特征在于： 包括煤层模拟结构、 支 撑结构、 采空区矸石模拟结构、 端头悬顶结构、 巷道模拟装置、 气体发生装置、 抽吸风机、 数 据采集装置和安装在装置 外部的计算机;其中： 所述煤层模拟结构为组装而成的透明箱体， 所述支撑结构设置在透明箱体的内部， 将 透明箱体分隔为煤层工作面和采空 区矸石模拟结构的采空填充区， 所述采空区矸石模拟结 构的采空填充区内均匀设置有若干检测预留孔， 所述端头悬顶结构为圆弧结构， 所述气体 发生装置通过通风管路连接在巷道模拟装置的入风口处， 所述抽吸风机通过通风管路连接 在巷道模拟装置的出风口处， 巷道模拟装置上设置有风 门， 所述通风管路在靠近气体发生 装置和抽吸风机的位置上设置有检测预留孔， 所述数据采集装置的检测端安置在检测预留 孔处， 所述数据采集装置的数据传输端插接在装置 外部的计算机上。 2.根据权利要求1所述的一种长壁工作面端头悬顶风流可视化模拟装置， 其特征在于： 巷道模拟装置为两进一回的密封腔体， 包括位于支撑结构同一侧的胶运巷道、 辅运巷道和 回风巷道。 3.根据权利要求2所述的一种长壁工作面端头悬顶风流可视化模拟装置， 其特征在于： 所述胶运巷道的进风端通过通风管道与气 体发生装置相连接， 所述胶运巷道的出风端设置 在采空区矸石模拟结构的采空填充区内并与支撑结构相连， 所述辅运巷道的进风端通过通 风管道与气体发生装置相连接， 所述辅运巷道的出风端与胶运巷道可拆卸 连通， 所述回风 巷道的进风端设置在采空区矸石模拟结构的采空填充区内， 所述回风巷道的出风端通过通 风管道与抽吸风机相连接 。 4.根据权利要求2所述的一种长壁工作面端头悬顶风流可视化模拟装置， 其特征在于： 所述风门的数量 为3个， 分别安装在 胶运巷道、 辅运巷道和回风巷道上。 5.根据权利要求1所述的一种长壁工作面端头悬顶风流可视化模拟装置， 其特征在于： 所述采空区矸石模拟结构的采空填充区内填充有晾干的橡 皮泥块， 用以模拟形状大小 各异 的采空区垮落 矸石。 6.根据权利要求1所述的一种长壁工作面端头悬顶风流可视化模拟装置， 其特征在于： 所述煤层模拟结构的箱体为透明的亚克力板 。 7.根据权利要求1所述的一种长壁工作面端头悬顶风流可视化模拟装置， 其特征在于： 所述数据采集装置包括风速传感器、 风压传感器和风温传感器， 用于检测巷道模拟装置和 采空区矸石模拟结构的风流参数， 所述计算机内设置有数据处理模型用于对风机工况参数 和采集得到的风 流参数进行处 理， 并通过计算机的显示屏进行 数据显示。 8.根据权利要求1所述的一种长壁工作面端头悬顶风流可视化模拟装置， 其特征在于： 所述计算机上安装有摄 像头。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 218030256 U 2一种长壁工作面端头悬顶风流可视化模拟装 置 技术领域 [0001]本实用新型属于煤矿工作面安全开采技术领域， 具体是一种长壁工作面端头悬顶 风流可视化模拟装置 。 背景技术 [0002]随着矿井产能和开采机械化程度的提高， 矿井巷道的支护强度和支护水平也随之 增大， 大部分工作面巷道采用锚杆和锚索加网片、 钢梁支护， 巷道顶板控制非常稳定， 但在 工作面推过后工作面的两端头难以垮落， 造成工作面端头悬顶； 端头悬顶为在正常回采期 间， 工作面上 下端头的一定区域内， 顶板不能随着工作面的推进及时垮落的现象。 [0003]基于神东矿区综采面端头悬顶治理实践研究发现： 综采工作面三角区大面积 （悬 顶面积普遍大于30m2） 悬顶易造成采空区瓦斯积聚， 当端头三角区顶板大面积垮落， 采空区 积聚的有毒有害气体瞬间涌出， 造成端头氧气浓度降低， 直接威胁端头作业人员的安全； 此 外， 由于两端头浮煤较多， 在悬顶状态下， 采空区长期漏风易造成煤炭自燃， 且采空区遗煤 和上覆岩层考虑为多孔介质， 风流在多孔介质渗流过程中与遗煤发生氧化反应还会消耗氧 气； 因此， 亟需开展工作面端头悬顶对于通 风影响的研究。 [0004]而现有的矿井模型在模拟工作面和采空区时基本都忽略了采空区处端头悬顶的 影响， 尤其在风速、 风量、 风压和气体浓度监测方面； 所以， 本实用新型提供一种长壁工作面 端头悬顶风流可视化模拟装置， 以实现不同开采条件以及不同工作面端头悬顶尺寸对风流 参数的监测模拟和影响分析 是非常有必要的。 实用新型内容 [0005]本实用新型的目的是针对以上问题， 提供了一种长壁工作面端头悬顶风流可视化 模拟装置， 具有便于拆卸组装和观察分析不同开采条件以及不同工作面端头悬顶尺寸对风 速、 风量、 风压等 风流参数和气体浓度影响的优点。 [0006]为实现上述目的， 本实用新型提供如下技术方案： 一种长壁工作面端头悬顶风流 可视化模拟装置， 包括煤层 模拟结构、 支撑结构、 采空 区矸石模拟结构、 端头悬顶结构、 巷道 模拟装置、 气体发生装置、 抽吸风机、 数据采集装置和安装在装置 外部的计算机;其中： [0007]煤层模拟结构为组装而成的透明箱体， 用以模拟实际煤层的几何结构， 支撑结构 设置在透明箱体的内部， 将透明箱体分隔为煤层工作面和采空 区矸石模拟结构的采空填充 区， 采空区矸石模拟结构的采空填充区内均匀设置有若干检测预留孔， 即在模型上预留可 供检测风流数据的圆孔， 用以采集装置内关键点位处的风流数据， 端头悬顶结构为圆弧结 构， 设置在巷道模拟装置的上下端， 用以模拟 长壁工作面的上下端头悬顶， 气体发生装置通 过通风管路连接在巷道模拟装置的入风口处， 用于给模型提供烟气模拟各种气 体以监测气 体浓度， 抽吸风机通过通风管路连接在巷道模拟装置的出风口处， 形成抽出式通风方式， 巷 道模拟装置上设置有风门， 通过调节风门的开启程度可以模拟巷道不同通风情况的风量变 化， 通风管道在靠近气体发生装置和抽吸风机的位置上设置有检测预留孔， 数据采集装置说　明　书 1/4 页 3 CN 218030256 U 3