【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及礦業(yè)工程，特別是涉及高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置及方法。
技術(shù)介紹
1、充填采礦法目前被廣泛采用，隨著淺部資源的開(kāi)采殆盡,大多數(shù)金屬礦山逐步轉(zhuǎn)為地下開(kāi)采,在地下金屬礦開(kāi)采過(guò)程中，隨著深度的增加,深井開(kāi)采面臨著高應(yīng)力、高地溫、高滲透壓和強(qiáng)烈的開(kāi)采擾動(dòng)等一系列問(wèn)題。在深井開(kāi)采過(guò)程中，開(kāi)采深度每向地下增加100m，溫度平均升高1.7至3℃，顯而易見(jiàn)，高地溫環(huán)境必然會(huì)對(duì)膠結(jié)充填體的力學(xué)性能產(chǎn)生影響，致使充填體發(fā)生破壞，從而增加采礦成本，所以高地溫環(huán)境是今后地下開(kāi)采不得不面臨的問(wèn)題，因此探究高地溫作用下膠結(jié)充填體的力學(xué)性能對(duì)礦山深部開(kāi)采有著重要意義。隨著采礦深度日益增加，地溫梯度將使采場(chǎng)充填環(huán)境溫度不斷上升，溫度場(chǎng)對(duì)充填行為特征、演化規(guī)律影響更加突出，不同溫度場(chǎng)全尾砂充填料漿的固結(jié)沉降過(guò)程持續(xù)時(shí)間有所不同，影響采場(chǎng)充填過(guò)程的效率與安全性。如果對(duì)尾砂料漿的固結(jié)沉降性質(zhì)認(rèn)識(shí)不足，無(wú)法有效評(píng)估采場(chǎng)尾砂料漿固結(jié)過(guò)程中的固結(jié)狀態(tài)，將極易引起擋墻垮塌、尾砂料漿淹沒(méi)巷道等重大安全事故。因此，研究確定不同溫度場(chǎng)礦山尾砂料漿的固結(jié)性質(zhì)對(duì)優(yōu)化制定合理的充填方案十分重要。
2、地溫梯度將使采場(chǎng)充填環(huán)境溫度不斷上升，致使井下采場(chǎng)空區(qū)內(nèi)安裝監(jiān)測(cè)儀器的安全風(fēng)險(xiǎn)和難度提高，為了將傳感器布置在采場(chǎng)空區(qū)的不同高度，人員設(shè)備可能暴露在溫度較高的空區(qū)內(nèi)施工作業(yè)，被掉落碎石砸傷的安全風(fēng)險(xiǎn)提高同時(shí)增加由于溫度引起的身體不適感。對(duì)于礦山采場(chǎng)空區(qū)采取原位監(jiān)測(cè)，采場(chǎng)會(huì)被完全充填，無(wú)法進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。礦山采場(chǎng)原位監(jiān)測(cè)耗費(fèi)大量人力物力，同時(shí)會(huì)影響周邊及
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是提供高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了如下方案：本專利技術(shù)提供高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置，包括：
3、底座；
4、模型箱，所述模型箱固定在所述底座頂面，所述模型箱前側(cè)面敞口，且所述模型箱前側(cè)可拆卸連接有透明蓋板；
5、排水組件，所述排水組件對(duì)稱設(shè)置有兩組，所述模型箱相對(duì)兩側(cè)面分別開(kāi)設(shè)有排水孔，兩組所述排水組件分別與所述排水孔連通；
6、加熱系統(tǒng)，所述加熱系統(tǒng)包括安裝在所述模型箱外壁上的加熱組件，所述加熱組件與控溫組件連接；
7、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括第一壓力傳感單元和第二壓力傳感單元，所述第一壓力傳感單元安裝在所述模型箱側(cè)壁，所述第二壓力傳感單元安裝在所述模型箱底部；
8、終端控制器，所述控溫組件、所述第一壓力傳感單元和第二壓力傳感單元均與所述終端控制器電性連接；
9、其中，所述模型箱頂部安裝有頂蓋，所述排水孔上覆蓋有封堵層。
10、根據(jù)本專利技術(shù)提供的高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置，所述模型箱前側(cè)固定有翼板，所述翼板與所述透明蓋板之間通過(guò)螺栓固定連接，所述翼板與所述透明蓋板之間設(shè)置有密封層。
11、根據(jù)本專利技術(shù)提供的高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置，所述排水組件包括排水管和集水桶，所述排水管與所述排水孔固定連通，所述集水桶放置在所述底座側(cè)面，所述排水管與所述集水桶的頂端對(duì)應(yīng)設(shè)置。
12、根據(jù)本專利技術(shù)提供的高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置，所述第一壓力傳感單元包括第一孔隙水壓力傳感器和第二孔隙水壓力傳感器，所述第一孔隙水壓力傳感器、所述第二孔隙水壓力傳感器均與第一數(shù)據(jù)采集器電性連接，所述第一數(shù)據(jù)采集器與所述終端控制器電性連接；所述第一孔隙水壓力傳感器安裝在所述模型箱的內(nèi)側(cè)壁上，所述第二孔隙水壓力傳感器安裝在所述模型箱的底壁上。
13、根據(jù)本專利技術(shù)提供的高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置，所述第一孔隙水壓力傳感器與所述模型箱底部之間的距離為60cm，所述第二孔隙水壓力傳感器與所述模型箱底部之間的距離為5cm。
14、根據(jù)本專利技術(shù)提供的高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置，所述第二壓力傳感單元包括電導(dǎo)率傳感器，所述電導(dǎo)率傳感器懸置在所述模型箱內(nèi)，所述電導(dǎo)率傳感器與第二數(shù)據(jù)采集器電性連接，所述第二數(shù)據(jù)采集器與所述終端控制器電性連接。
15、根據(jù)本專利技術(shù)提供的高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置，所述電導(dǎo)率傳感器與所述模型箱底壁之間的距離為50cm。
16、根據(jù)本專利技術(shù)提供的高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置，所述加熱系統(tǒng)包括固定在所述模型箱外壁上的加熱板，所述加熱板與所述控溫組件連接，所述控溫組件距離所述模型箱頂部之間的距離為20cm。
17、根據(jù)本專利技術(shù)提供的高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置，所述透明蓋板上設(shè)置有刻度線。
18、高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬方法，包括如下步驟：
19、步驟一，分別將第一壓力傳感單元和第二壓力傳感單元安裝在模型箱內(nèi)，并將加熱組件安裝在模型箱上；
20、步驟二，根據(jù)模擬高地溫采場(chǎng)中尾砂充填料漿的質(zhì)量濃度和灰砂比，定量制備所需充填料漿，將封堵層覆蓋在排水孔上；
21、步驟三，通過(guò)控溫組件控制溫度，將配置好的漿料沿模型箱內(nèi)壁分單次或間隔預(yù)設(shè)時(shí)間后分多次倒入模型箱內(nèi)；
22、步驟四，采集第一壓力傳感單元、第二壓力傳感單元以及溫控單元的數(shù)據(jù)，記錄所述料漿頂部下沉量，通過(guò)終端控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，模擬測(cè)試不同溫度條件下料漿固結(jié)沉降過(guò)程；
23、步驟五，漿料中的水通過(guò)封堵層滲出，通過(guò)排水組件收集排出的水，并通過(guò)量筒記錄排出水的體積，模擬測(cè)試不同邊界排水條件下料漿固結(jié)沉降過(guò)程。
24、本專利技術(shù)公開(kāi)了以下技術(shù)效果：
25、本專利技術(shù)的模擬裝置可重復(fù)利用，且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，試驗(yàn)裝置易操作、成本低、安全風(fēng)險(xiǎn)低。試驗(yàn)時(shí)通過(guò)調(diào)整實(shí)驗(yàn)排水邊界和溫度，使尾砂料漿所處模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境與實(shí)際采場(chǎng)相符度更高，且受傳感器的擾動(dòng)小，能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程中孔隙水壓力、電導(dǎo)率、基質(zhì)吸力、料漿排水量和下沉量隨時(shí)間的演化過(guò)程及規(guī)律，進(jìn)而研究不同采場(chǎng)排水條件和不同溫度場(chǎng)下尾砂充填料漿自重固結(jié)沉降過(guò)程，能為礦山制定安全高效的充填方案提供支持。
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1.高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置，其特征在于：所述模型箱(2)前側(cè)固定有翼板(4)，所述翼板(4)與所述透明蓋板(3)之間通過(guò)螺栓(5)固定連接，所述翼板(4)與所述透明蓋板(3)之間設(shè)置有密封層(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置，其特征在于：所述排水組件包括排水管(7)和集水桶(8)，所述排水管(7)與所述排水孔固定連通，所述集水桶(8)放置在所述底座(1)側(cè)面，所述排水管(7)與所述集水桶(8)的頂端對(duì)應(yīng)設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置，其特征在于：所述第一壓力傳感單元包括第一孔隙水壓力傳感器(9)和第二孔隙水壓力傳感器(10)，所述第一孔隙水壓力傳感器(9)、所述第二孔隙水壓力傳感器(10)均與第一數(shù)據(jù)采集器(11)電性連接，所述第一數(shù)據(jù)采集器(11)與所述終端控制器電性連接；所述第一孔隙水壓力傳感器(9)安裝在所述模型箱(2)的內(nèi)側(cè)壁上，所述第二孔隙水壓
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置，其特征在于：所述第一孔隙水壓力傳感器(9)與所述模型箱(2)底部之間的距離為60cm，所述第二孔隙水壓力傳感器(10)與所述模型箱(2)底部之間的距離為5cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置，其特征在于：所述第二壓力傳感單元包括電導(dǎo)率傳感器(12)，所述電導(dǎo)率傳感器(12)懸置在所述模型箱(2)內(nèi)，所述電導(dǎo)率傳感器(12)與第二數(shù)據(jù)采集器(13)電性連接，所述第二數(shù)據(jù)采集器(13)與所述終端控制器電性連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置，其特征在于：所述電導(dǎo)率傳感器(12)與所述模型箱(2)底壁之間的距離為50cm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置，其特征在于：所述加熱系統(tǒng)包括固定在所述模型箱(2)外壁上的加熱板(14)，所述加熱板(14)與所述控溫組件(15)連接，所述控溫組件(15)距離所述模型箱(2)頂部之間的距離為20cm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置，其特征在于：所述透明蓋板(3)上設(shè)置有刻度線。
10.高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬方法，基于權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置，其特征在于，包括如下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置，其特征在于：所述模型箱(2)前側(cè)固定有翼板(4)，所述翼板(4)與所述透明蓋板(3)之間通過(guò)螺栓(5)固定連接，所述翼板(4)與所述透明蓋板(3)之間設(shè)置有密封層(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置，其特征在于：所述排水組件包括排水管(7)和集水桶(8)，所述排水管(7)與所述排水孔固定連通，所述集水桶(8)放置在所述底座(1)側(cè)面，所述排水管(7)與所述集水桶(8)的頂端對(duì)應(yīng)設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置，其特征在于：所述第一壓力傳感單元包括第一孔隙水壓力傳感器(9)和第二孔隙水壓力傳感器(10)，所述第一孔隙水壓力傳感器(9)、所述第二孔隙水壓力傳感器(10)均與第一數(shù)據(jù)采集器(11)電性連接，所述第一數(shù)據(jù)采集器(11)與所述終端控制器電性連接；所述第一孔隙水壓力傳感器(9)安裝在所述模型箱(2)的內(nèi)側(cè)壁上，所述第二孔隙水壓力傳感器(10)安裝在所述模型箱(2)的底壁上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高地溫采場(chǎng)尾砂充填料漿自重固結(jié)過(guò)程模擬裝置，其特征在于：所述第一孔隙水壓力...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張志紅，谷慧超，郭利杰，張悅，劉光生，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京工業(yè)大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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