一种模拟采场充填的室内实验系统与方法与流程

1.本发明涉及模拟采场充填技术领域，具体的是一种模拟采场充填的室内实验系统与方法。


背景技术：

2.诸多采矿方法中，充填采矿法不仅可以消耗大量固体废弃物、减少土地占用、保护生态环境，而且采空区充填体在承载采空区上覆岩层重力、调控采场压力、控制地表沉陷方面发挥重要作用。
3.实验室相似模拟材料实验是研究充填料浆在采场中扩散规律的技术手段之一。它是用与原型力学性质相似的材料按几何相似常数缩制成模型；根据采场液压支架后方岩石垮落的颗粒组成装填矸石料槽，从而模拟采空区垮落矸石的自然堆积状态和孔隙率；通过改变任意一个液压千斤顶的高度调节所模拟采场的不同倾角(采煤工作面倾角)；通过变频控制器控制电机的频率变化，实现输出压力的改变，以模拟不同压力条件下的采场料浆充填。目前，针对实验室模拟采场料浆扩散规律的实验设施鲜有报道，建成的实验系统可以为科研人员提供技术支撑，最终的研究成果，可以为工程现场提供依据。


技术实现要素：

4.为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种模拟采场充填的室内实验系统与方法。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种实现模拟采场充填的室内实验系统，包括底座，所述底座的上端四角分别安装有液压千斤顶，液压千斤顶的顶端均设置有球铰，球铰的上端安装有矸石料槽；
7.所述底座的外侧方设置有充填泵，充填泵的输出端连接有两根充填管路，其中一根充填管路的末端连接有料浆料槽，另外一根充填管路的末端和矸石料槽连接。
8.进一步地，所述液压千斤顶、球铰和矸石料槽组成模型框架。
9.进一步地，所述充填管路和料浆料槽、矸石料槽的连接处以及充填管路和与充填泵的连接处均通过法兰盘连接，充填管路和矸石料槽的连接位置可变。
10.进一步地，所述矸石料槽的四周围挡及密封盖为透明的材质，用以观察充填料浆在其内部的扩散规律。
11.进一步地，所述球铰固定在液压千斤顶的顶端，并通过螺栓与矸石料槽的四角连接。
12.一种实现模拟采场充填的室内实验方法，所述室内实验方法包括如下步骤：
13.s1、根据实验需要通过调节液压千斤顶的高度，实现矸石料槽的角度变化，以实现模拟不同的采场倾角；
14.s2、将矸石颗粒按颗粒组成装入矸石料槽中，安置好监测数据的传感器盖上密封盖，处理好边缘处的密封问题；
15.s3、连接矸石料槽与充填泵之间的管路，固定好充填管路的角度及位置；
16.s4、连接料浆料槽与充填泵之间的管路，将料浆料槽中装入适量的水，进行泵水实验，确认管路无漏浆问题；
17.s5、将搅拌好的料浆装入料浆料槽，设定好充填泵电机的频率；
18.s6、启动充填泵，观察实验现象，并记录数据。
19.本发明的有益效果：
20.本发明该系统通过构建充填泵、充填管路、升降装置，将充填泵通过充填管路与矸石料槽连接，再将矸石料槽通过球铰与升降装置连接，通过不同动力源控制矸石料槽三维角度的变化，从而实现不同倾角采场充填的三维模拟实验；通过改变任意一个液压千斤顶的高度调节所模拟采场的不同倾角(采煤工作面倾角)；通过变频控制器控制电机的频率变化，实现输出压力的改变，以模拟不同压力条件下的采场料浆充填；目前，针对实验室模拟采场料浆扩散规律的实验设施鲜有报道，建成的实验系统可以为科研人员提供技术支撑，最终的研究成果，可以为工程现场提供依据，应用范围广。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
22.图1是本发明整体结构侧视示意图；
23.图2是本发明整体结构俯视示意图；
24.其中附图标记如下：1、底座，2、液压千斤顶，3、球铰，4、矸石料槽，5、充填管路，6、充填泵，7、料浆料槽，8、法兰盘。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
26.一种实现模拟采场充填的室内实验系统，如图1-2所示，包括底座1、液压千斤顶2、球铰3、矸石料槽4、充填管路5、充填泵6、料浆料槽7、法兰盘8。
27.底座1的上端四角分别安装有液压千斤顶2，液压千斤顶2的顶端均设置有球铰3，球铰3的上端安装有矸石料槽4，液压千斤顶2、球铰3和矸石料槽4组成模型框架。
28.底座1的外侧方设置有充填泵6，充填泵6的输出端连接有两根充填管路5，其中一根充填管路5的末端连接有料浆料槽7，另外一根充填管路5的末端和矸石料槽4连接，充填管路5和料浆料槽7、矸石料槽4的连接处以及充填管路和与充填泵6的连接处均通过法兰盘8连接，其中充填管路5和矸石料槽4的连接位置可变。其中，充填泵是变频电机，通过变频控制器控制电机的频率变化，实现输出压力的改变，以模拟不同压力条件下的采场料浆充填。
29.矸石料槽4的四周围挡及密封盖为透明的材质，用以观察充填料浆在其内部的扩散规律；液压千斤顶2分别位于矸石料槽4的四角，与底座1连接成为一个整体，具有整体稳
定性。
30.球铰3固定在液压千斤顶2的顶端，并通过螺栓与矸石料槽4的四角连接；在使用前，将矸石颗粒按颗粒组成装入矸石料槽4中，安置好监测数据的传感器盖上密封盖，处理好边缘处的密封问题。
31.一种实现模拟采场充填的室内实验方法，包括如下步骤：
32.s1、根据实验需要通过调节液压千斤顶2的高度，实现矸石料槽4的角度变化，以实现模拟不同的采场倾角；
33.s2、将矸石颗粒按颗粒组成装入矸石料槽4中，安置好监测数据的传感器盖上密封盖，处理好边缘处的密封问题；
34.s3、连接矸石料槽4与充填泵6之间的管路，固定好充填管路5的角度及位置；
35.s4、连接料浆料槽7与充填泵6之间的管路，将料浆料槽7中装入适量的水，进行泵水实验，确认管路无漏浆问题；
36.s5、将搅拌好的料浆装入料浆料槽7，设定好充填泵6电机的频率；
37.s6、启动充填泵6，观察实验现象，并记录数据。
38.本发明该系统通过构建充填泵6、充填管路5、液压千斤顶2，将充填泵6通过充填管路5与矸石料槽4连接，再将矸石料槽4通过球铰3与液压千斤顶2连接，通过不同动力源控制矸石料槽4三维角度的变化，从而实现不同倾角采场充填的三维模拟实验。
39.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

技术特征：
1.一种实现模拟采场充填的室内实验系统，包括底座(1)，其特征在于，所述底座(1)的上端四角分别安装有液压千斤顶(2)，液压千斤顶(2)的顶端均设置有球铰(3)，球铰(3)的上端安装有矸石料槽(4)；所述底座(1)的外侧方设置有充填泵(6)，充填泵(6)的输出端连接有两根充填管路(5)，其中一根充填管路(5)的末端连接有料浆料槽(7)，另外一根充填管路(5)的末端和矸石料槽(4)连接。2.根据权利要求1所述的一种实现模拟采场充填的室内实验系统，其特征在于，所述液压千斤顶(2)、球铰(3)和矸石料槽(4)组成模型框架。3.根据权利要求1所述的一种实现模拟采场充填的室内实验系统，其特征在于，所述充填管路(5)和料浆料槽(7)、矸石料槽(4)的连接处以及充填管路和与充填泵(6)的连接处均通过法兰盘(8)连接，充填管路(5)和矸石料槽(4)的连接位置可变。4.根据权利要求1所述的一种实现模拟采场充填的室内实验系统，其特征在于，所述矸石料槽(4)的四周围挡及密封盖为透明的材质，用以观察充填料浆在其内部的扩散规律。5.根据权利要求1所述的一种实现模拟采场充填的室内实验系统，其特征在于，所述球铰(3)固定在液压千斤顶(2)的顶端，并通过螺栓与矸石料槽(4)的四角连接。6.一种实现模拟采场充填的室内实验方法，包括如权利要求1-5任一项所述的实现模拟采场充填的室内实验系统，其特征在于，所述室内实验方法包括如下步骤：s1、根据实验需要通过调节液压千斤顶(2)的高度，实现矸石料槽(4)的角度变化，以实现模拟不同的采场倾角；s2、将矸石颗粒按颗粒组成装入矸石料槽(4)中，安置好监测数据的传感器盖上密封盖，处理好边缘处的密封问题；s3、连接矸石料槽(4)与充填泵(6)之间的管路，固定好充填管路(5)的角度及位置；s4、连接料浆料槽(7)与充填泵(6)之间的管路，将料浆料槽(7)中装入适量的水，进行泵水实验，确认管路无漏浆问题；s5、将搅拌好的料浆装入料浆料槽(7)，设定好充填泵(6)电机的频率；s6、启动充填泵(6)，观察实验现象，并记录数据。

技术总结
本发明涉及模拟采场充填技术领域，具体的是一种模拟采场充填的室内实验系统与方法，包括底座，所述底座的上端四角分别安装有液压千斤顶，液压千斤顶的顶端均设置有球铰，球铰的上端安装有矸石料槽；底座的外侧方设置有充填泵，充填泵的输出端连接有两根充填管路，其中一根充填管路的末端连接有料浆料槽，另外一根充填管路的末端和矸石料槽连接。本发明的系统通过构建充填泵、充填管路、升降装置，将充填泵通过充填管路与矸石料槽连接，再将矸石料槽通过球铰与升降装置连接，通过不同动力源控制矸石料槽三维角度的变化，从而实现不同倾角采场充填的三维模拟实验，应用范围广。应用范围广。应用范围广。


技术研发人员：常贯峰 刘啸 华心祝 杨科 陈登红 李琛 王恩乾 曹垚林 仇海生
受保护的技术使用者：中煤科工集团沈阳研究院有限公司
技术研发日：2021.12.28
技术公布日：2022/3/8