[發明專利]一種充填采場模擬裝置及模擬方法

在審

• 申請號: 202110058744.9
• 申請日: 2021-01-16
• 公開（公告）號: CN112901259A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 孫偉;李金鑫;張盛友;趙建光;盧開放;高通;李兆宇
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: E21F15/00
• 分類號: E21F15/00;G01N33/00;G01N3/00;G01N11/00;G01N25/00
• 代理公司: 北京康達聯禾知識產權代理事務所(普通合伙) 11461
• 代理人: 郭普堂

1.一種充填采場模擬裝置，其特征在于，包括采空區模擬箱(9)、充填系統、控溫系統、加濕系統、數據采集系統；

采空區模擬箱(9)的左側及右側設有用于放置充填管道(2)的梁結構(5)，梁結構(5)呈冂型，梁結構(5)可移動安裝在裝置底座(10)上，并橫跨在采空區模擬箱(9)上方，梁結構(5)上部設有固定充填管道(2)的可移動固定板(6)；

充填系統包括攪拌桶(1)、充填管道(2)、壓力泵(3)，充填管道(2)一端與攪拌桶(1)連接，另一端為出漿口端，該端安裝在固定板(6)上，壓力泵(3)串聯在充填管道(2)上；

控溫系統包括電阻絲(12)、控溫按鈕(15)、顯示屏(14)，電阻絲(12)安裝在裝置底座(10)上，控溫按鈕(15)、顯示屏(14)安裝在裝置底座(10)一側邊上；

加濕系統包括噴頭(19)、水泵，噴頭(19)為若干個，安裝在采空區右側梁結構(5)的上部左側與右側，將噴頭(19)通過注水管道(7)與水泵相連；

數據采集系統包括手持式三維掃描儀(20)、控制器(21)，手持式三維掃描儀(20)安裝在右側梁結構(5)的頂部中間位置，手持式三維掃描儀(20)與控制器(21)電連接。

2.根據權利要求1所述的一種充填采場模擬裝置，其特征在于，所述裝置底座(10)呈長方體狀，中間設有模擬箱固定凹槽(27)，采空區模擬箱(9)設置在模擬箱固定凹槽(27)內；所述裝置底座(10)的前后側設有滑道(11)，梁結構(5)底部設有滑輪(24)，滑輪(24)與滑道(11)配合。

3.根據權利要求1所述的一種充填采場模擬裝置，其特征在于，所述梁結構(5)上部設有滑道(11)，固定板(6)底部設有滑輪(24)，滑輪(24)與滑道(11)滑動配合。

4.根據權利要求1所述的一種充填采場模擬裝置，其特征在于，所述采空區模擬箱(9)左側及右側均設有排水系統，排水系統包括排水板(18)、排水槽(25)、排水孔(16)、排水管，排水板(18)內側貼有編織袋(22)，排水板(18)上設有若干排水孔(16)，排水槽(25)位于排水板(18)底部，排水孔(16)匯流于排水槽(25)，排水槽(25)與排水管道連接。

5.根據權利要求1所述的一種充填采場模擬裝置，其特征在于，所述采空區模擬箱(9)內部及上部均設有用于模擬采空區的不同形狀的凹槽(23)。

6.根據權利要求1所述的一種充填采場模擬裝置，其特征在于，所述梁結構(5)下部設有可升降調節的液壓缸(4)。

7.根據權利要求1所述的一種充填采場模擬裝置，其特征在于，所述采空區模擬箱(9)采用鋼化玻璃制作而成，采空區模擬箱(9)左端及右端均刻有刻度值。

8.根據權利要求2所述的一種充填采場模擬裝置，其特征在于，所述梁結構(5)通過梁結構固定裝置(13)限位，梁結構固定裝置(13)主要由螺栓(8)、固定裝置組成，固定裝置夾持在滑道(11)上，螺栓(8)設置在固定裝置外側。

9.根據權利要求3所述的一種充填采場模擬裝置，其特征在于，所述固定板(6)通過固定板固定裝置(26)限位，固定板固定裝置(26)主要由螺栓(8)、固定裝置組成，固定裝置夾住梁結構(5)上部，螺栓(8)設置在固定裝置外側。

10.一種充填采場模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：測量采場的高度、寬度、長度及形狀并進行等比例縮小，據此確定采空區模擬箱(9)的大小及形狀；根據現場工況確定料漿的下料點及下料方式，確定采場料漿流速，確定采場單次充填還是分幾次充填，計算每次充填高度及每次充填的入料濃度；確定采場的溫度及濕度變化，據此對采空區模擬箱(9)的溫度及濕度進行適時調控；

步驟二：根據采場尺寸，適當調節采空區模擬箱(9)的高度、長度及形狀；根據采場每一分層的入料濃度計算模擬采場每一分層充填體所需尾砂、水泥及水的質量，通過水泵調節料漿流速；改變管道布置位置及下料方式，研究不同的充填方式對料漿流動規律及充填體強度分布的影響程度，為采場提供一種最為適用的管道布置方式；

步驟三：利用充填系統進行充填，根據模擬箱表面刻度確定充填高度，注完一層后，待充填體固化，推動模擬箱右側梁結構(5)對充填體進行掃描并實時輸出分層面重構模型，研究不同下料方式對料漿流動規律及堆積形態的影響程度；間隔12-24小時后，調節料漿濃度繼續注入下一層，待注滿模擬箱后，按照采場的溫度及濕度調節模擬箱的溫度及濕度對模擬箱內部充填體進行養護，養護一段時間后，拆除鋼化玻璃，對不同位置的充填體開鉆取芯，研究充填體的強度分布規律。