角度可调等效煤层开采三维立体物理模拟装置

作品介绍

煤炭是中国的基础能源和工业原料，占一次性能源消费量的60%以上。长期以来，为国民经济发展和能源安全稳定供应提供了坚实保障。矿山压力与岩层控制理论与技术有力保障了煤炭的安全、高效和绿色开采。物理相似材料模拟实验是研究矿山压力与岩层控制的特色手段，能够再现煤炭开采后围岩移动、裂隙演化、覆岩破坏等力学过程，直观揭示覆岩矿压显现机理和地表沉降规律，是国内外矿业类高校采用的研究手段之一。

物理模拟实验装置分为平面模型和三维模型。目前，三维物理模拟是研究矿山压力与岩层控制的主要发展方向。但是现有三维物理模拟装置存在以下几点缺陷：

1.模拟煤层开挖困难

2.模拟倾斜煤层的技术缺陷

3.装置灵活性差

4.加载方式单一

该作品针对现有三维物理模拟装置的缺陷和技术难点，制作了一台“角度可调等效煤层开采三维立体物理模拟装置”。通过独立可升降高强度铝块等效模拟煤层开采；通过固支轴承逆时针旋转系统配合液压油缸实现变倾角煤层模拟；通过强化有机玻璃和调高槽钢实现可视化和逐层铺装功能；通过顶部可调整液压加载系统实现不同方式的加载实验。该作品具有模拟准确、操作方便、灵活性和可靠性强、加载方式可调、劳动强度低等优势。为进一步探索和发展矿山压力与岩层控制理论与技术，研究煤炭安全、高效、绿色开采新技术提供一种可靠实验平台，具有重要的实际意义和推广应用前景。

创新点

1.解决了传统装置模拟煤层开挖技术难

2.可以进行不同倾角煤层的模拟实验

3.提高了三维物理模拟实验的灵活性

4.可以进行不同方式的加载实验

成果

本作品已申报国家发明专利，目前已经审查合格。作品的初期模型获第十届全国高校采矿工程专业学生实践作品大赛三等奖。

指导教师

杜君武，1988年生，中共党员，博士研究生，工程师，西安科技大学能源学院实验中心副主任，西安科技大学“浅部煤层开采与环境保护科技创新团队”（第一层次工科A类）成员。

主要从事矿山压力与岩层控制和绿色减损开采方面的科研与教学工作，主持陕西省科技厅项目1项、陕西省教育厅项目1项、西安科技大学青年教工创新项目1项，获批陕西省教育厅项目1项，参与国家自然科学基金面上项目3项，参与陕西省自然科学基金企业联合项目1项，参与完成企业委托课题10项。发表矿业工程领域学术论文16篇，SCI一区论文1篇，EI收录7篇，国际会议论文4篇，《西安科技大学学报》优秀论文1篇。授权发明专利1项、澳大利亚国际专利1项、实用新型专利1项，申报发明专利3项。参与完成的4项技术成果被鉴定为“国际领先水平”。获2020年度河南省科学技术奖一等奖、2018年度中国煤炭工业协会科学技术奖一等奖。获2017年度和2019年度西安科技大学“优秀班主任”和“教师结对帮扶贫困生”优秀指导教师。指导学生获陕西省大学生创新创业训练计划项目获省级一等奖，指导学生参加“全国高等学校采矿工程学生实践作品竞赛”获国家级二等奖2项，三等奖4项。

团队成员

李永乐 采矿工程（智能开采）1801班

王 涛 采矿工程（智能开采）1801班

王雨凡 采矿工程（智能开采）1801班

吕伟明 采矿工程（智能开采）1801班

李蒙博 采矿工程（卓越）1802班

张文强 采矿工程2003班

呼笑笑 采矿工程2003班