矿业工程实验教学示范中心主要自制仪器设备及介绍

来源:矿业工程管理员   发稿时间:Apr 26, 2017 10:49:00 PM  浏览次数:101

(1)校内实践教学矿井

山东科技大学校内实践教学矿井是在原中国统配煤矿总公司(煤炭部)的指导下,在山东省各大煤炭企业的大力支持下投资兴建的,是目前国内高校唯一的一所校内模拟矿井实训场所,现有面积5193 m2,总价值2617万元。模拟矿井巷道总长度约1000m,建有一个高档普采工作面、一个掘进工作面、一个模拟地质工作面及中央变电所、中央水泵房、主抽风机房、绞车房、测风站等多个功能完善的教学区,安装有高压真空配电装置、同轴双驱矿井通风机等先进的矿用机电设备,安装有采煤机、刮板输送机、笆斗装岩机、矿用空压机、、激光指向仪、风动工具及各种高低压配电设备1129多台套,铺设600mm轨距的轨道500多米,同时在井下设立了两个教室。实践教学矿井有助于学生对煤矿生产各个系统、各个环节的直观认识,特别是对采矿、通风、排水、井下供电系统的了解及提高学生动手能力,主要对采矿、安全、地质、测绘、机电等专业的学生进行实训教学。实践教学矿井作为“华东煤炭院校实习中心”先后高质量完成了安徽理工大学、长治职业技术学院、北京工业职业技术学院等多所高校的实习任务,搭建了国内高校首创、系统完善、独具特色的校内实践教学平台,实现了理论教学与实践教学的无缝连接;形成了“理论教学现场化、实验教学层次化、实验项目实习化、实习实训情景化、教学科研一体化”新的实践教学体系,拓宽了应用人才培养途径。

 

(2)现代化矿井仿真模型

现代化矿井仿真模型采用采用玻璃全封闭式,长10m、宽4.5m、高2m,地面系统和井下系统齐全,通过电动演示煤炭的生产工艺过程及主要生产系统,如综放、综采、普采等采煤工艺,通风、瓦斯抽放、供电、注水、注浆、运料及排水(用流水灯显示)、掘进通风与安全的“三专两闭锁”、瓦斯浓度超标的报警等等,能实现手动控制、计算机控制。该系统设计先进、结构合理、安全可靠,功能完善、操作使用方便。现代化矿井模拟系统主要包括两个系统,一是地面系统,二是井下系统。现代化矿井模拟系统通过仿真系统的演示,使得矿井的全貌真实地再现在学生面前,使学生能清楚地了解矿井主要生产系统、各系统中的主要机电设备及矿井开拓、准确巷道布置和目前采用的主要采煤工艺,建立起完整的、系统的生产矿井概念。

(3)矿井通风综合实验系统

矿井通风系统综合实验系统是对矿井通风系统的真实模拟,是矿井通风安全的综合性实验平台。该系统集科研教学于一体,能够承担矿井通风系统的科学研究实验,同时适用于采矿专业和安全工程专业的课程教学实验。实验装置主要由井巷系统、通风动力和风流监控装置等组成,通风井巷系统包括进风井、井底车场、石门、大巷、运输上山、轨道上山、回风上山、综采工作面普采工作面及其进回风巷、掘进工作面、总回风巷、回风井等,实验巷道总长度达100余米,能够反映不同断面形状和不同支护形式的井巷实验条件;通风动力采用两套矿用对旋式通风机,并配有电参数检测仪表;风流监控系统由33道电动风门组成,可实现不同形式网络结构的调整。此外,该实验系统还配备了风流参数监测系统和视频监控装置,可实现巷道风速、温度、负压及瓦斯浓度的监测以及各主要地点图像自动采集和动态显示。

(4)三维立体模拟试验台

三维立体模拟试验台有框架系统、加载系统、控制系统和测试系统组成。外围尺寸约长3.6m×3.3m×4.8m,工作台有效面积3m×2.6m,可试验高度1.8m。框架系统有工字钢焊接而成,总重约30吨。加载系统由6支油缸组成,总压力可达到900吨。控制系统采用先进的数字化仪表进行压力的测量和控制。测试系统采用江苏东华测试技术有限公司DH3815静态应变测量系统,可实现压力、位移等物理量的多点高速巡回检测。试验台底部装有可拆卸的活动条板,可有效模拟底板采煤。侧面装有可直接观察的高强度钢化玻璃。同时,为了能模拟大倾角煤层开采,工作台倾斜角度可达40度。为了能更好的观察支承压力在煤层顶底板的传播规律,该试验台可以对模型进行切割。

(5)煤矿井下微地震监测仪

微地震监测技术是上世纪九十年代国际上发展起来的一种新的物探技术。在煤矿安全监测中,利用微地震监测技术可以进行覆岩破裂灾变机理分析、冒落带与裂隙带高度观测、冲击地压预测预报、煤层顶板或底板突水预测等重要课题研究。山东科技大学开发的拥有自主产权的煤矿井下微地震监测仪,该仪器属国内首家研制的专用设备,其性能达到国际先进水平,并获得国家专利,专利号为ZL200420039442.9。该仪器可靠地实现了井下防爆,增强了性能,可以直接布置在煤矿井下进行微地震监测,提高了监测精度、灵敏度和可靠性。该仪器已经在多个煤矿井下得到应用,完成多项纵向与横向科研课题,包括山东鲁西煤矿井下微地震“两带”高度监测、山东华丰煤矿井下微地震冲击地压监测、国家自然科学基金重大国际合作项目等,其中国家自然科学基金重大国际合作项目“煤矿覆岩破裂灾变的机理、监测与控制研究”获教育部科技进步二等奖。

(6)高水压岩石应力—渗流耦合真三轴试验系统

高水压岩石应力—渗流耦合真三轴试验系统由三轴加载框架、三轴加载机构、高压水渗流系统、试验盒、数控系统及数据采集系统等组成,加载试验装置有恒定三轴应力、恒定三轴位移和恒定三轴刚度三类可控条件,在试件平行裂隙剪切方向上施加渗透水压力。试验盒是开放式设计,更换相应压头及组件,在上述边界和荷载条件下可进行岩石、水泥、岩土类等试样的裂隙剪切渗透试验,裂隙闭合应力—渗透耦合试验,裂隙剪切应力—渗透耦合试验,底板岩层结构组合的水压裂隙扩展模拟试验,破碎岩体高压水渗流试验,裂隙岩体高压水致裂试验,底板岩体的剪切渗流流变试验,三轴卸荷条件下裂隙岩体的渗透性和力学特性试验等。高水压岩石应力—渗流耦合真三轴试验系统有助于学生对岩石透水能力进行了解,主要对采矿、安全、地质等专业的学生进行岩石力学、岩体力学等方面的教学和实验。

(7)采动底板煤层突水相似模拟系统

采动底板煤层突水相似模拟系统由突水加载框架、突水加载机构、高压突水系统、试验盒和数控系统及数据采集系统等组成。试验台最大垂直荷载达300 kN,作动器最大行程达100 mm,位移传感器量程达30 mm;侧向加载单元最大水平荷载达300kN,作动器最大行程达100 mm,位移传感器量程达30 mm;伺服控制部分荷载加载速率最小最大分别0.01kN/s和100 kN/s,位移加载速度(位移控制)最小最大速率分别达0.01 mm/min和100 mm/min,位移控制稳定时间为7d。突水压力伺服稳压系统(稳态法和瞬态法),最大水压力(突水)能达1.5MPa,进水口和出水口分别设置流量、水压测量装置,精确测量不同突水流量。采动底板煤层突水相似模拟系统有助于学生对底板(断层)突水过程进行了解,主要对采矿、安全、地质等专业的学生进行岩石力学、岩体力学等方面的教学和实验。

(8)煤矿顶板动态监测系统

煤矿顶板动态监测系统是基于以太网平台建立的可实现全矿井矿压在线监测的综合监测系统,它利用矿区或矿井已经建立的计算机网络平台,实现了矿压监测的自动化和信息共享。主要由工作面(综采)支架工作阻力监测、围岩(顶板)离层运动参数监测、锚杆荷载应力监测和岩层(煤层)内部应力监测四部分组成。监测信号通过通讯线路、通讯主站、KDW28本安电源、接收主机(或单元),最后传输到计算机,应用该系统的B/S结构监测分析软件,实现了煤矿顶板动态在线实时网络监测和分析。

 

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