CN115083254B - 一种用于长期实时监测矿井填充层动态演化的模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及矿井填充模拟技术领域，具体的是一种用于长期实时监测矿井填充层动态演化的模拟装置，本发明包括基座，所述基座的顶部固定连接有矩形外架，所述矩形外架的两侧对称设置有多个可拆的矩形挡板，所述矩形外架的内部设置有填充物，所述填充物的外部设置有软树脂边框，填充物的顶部设置有压力板，所述压力板的底部均匀设置有多个压力传感器；通过填充物对矿井的填充物进行模拟，再通过一个压力板模拟覆岩层纵向压力装置，再通过雷达检测仪从不同位置的空心煤柱对不同高度的填充物受压所产生的形变进行检测，可以在不破坏填充物的情况下，实现对填充物进行长期实时的检测，以便更好的研究出适用于矿井填充的填充物。
Description
技术领域
本发明涉及矿井填充模拟技术领域，具体的是一种用于长期实时监测矿井填充层动态演化的模拟装置。
背景技术
为了尾矿和废石污染环境，以及实现地压管理，防止地表陷落，降低矿产的贫化损失，需要使用填充物对矿井进行填充，在矿井填充中，若填充物的选择不当，会出现以下问题：
一、在填充过程中，填充物不能按照预设的情况填满整个采空区，而是会存在很大的空隙率，导致在此之前虽然已经有很多矿井进行了填充，但是依然会发生地面严重下沉，造成严重的环境破坏以及财产损失；
二、矿井填充物在填充完成之后，由于覆岩层的压力以及地质运动的影响，填充物可能会发生裂隙，进而产生塌陷。
因此为了避免因此填充物选择不当产生的问题，需要对矿井填充进行模拟以及填充物之后的孔隙率、裂隙场、塌陷情况检测，以选择出最合适的矿井填充的填充物，由于矿井填充之后是全封闭的状态，所以一般嵌入式检测手无法完成检测，因此需要通过其它非嵌入式的方式进行检测，如地质雷达检测。
在现有技术中，由于地质雷达检测一般能够穿透的距离有限，在需要检测电磁波无法穿透的距离，需要破坏检测区再探入检测设备，导致检测区无法长期使用，因此亟需一种既不破坏被检测区，又能长期实时对填充物进行检测的模拟装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于长期实时监测矿井填充层动态演化的模拟装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种用于长期实时监测矿井填充层动态演化的模拟装置，包括基座，所述基座的顶部固定连接有矩形外架，所述矩形外架的两侧对称设置有多个可拆的矩形挡板，所述矩形外架的内部设置有填充物，所述填充物的外部设置有软树脂边框，所述填充物的顶部设置有压力板，所述压力板的底部均匀设置有多个压力传感器；
所述基座的顶部设置有空心煤柱，所述空心煤柱的内部设置有可升降的升降吊杆，所述升降吊杆的底部固定安装有可以随着升降吊杆升降的雷达检测仪，所述雷达检测仪用于填充物受压产生形变的探测。
优选的，所述压力板的顶部设置有用于带动升降吊杆进行升降的升降机构，所述升降机构包括设置于压力板上方的T型板，所述T型板的顶部固定安装有第一电机，所述第一电机的输出端固定连接有绕线筒，所述绕线筒上固定连接有升降吊绳，所述升降吊绳的一端和升降吊杆的顶部固定连接，所述T型板的顶部固定连接有支撑板，所述绕线筒的一端和支撑板转动连接。
优选的，所述T型板的顶部固定连接有第一定滑轮和第二定滑轮，所述升降吊绳穿过第一定滑轮和第二定滑轮。
优选的，所述T型板的底部固定连接有弯曲连杆，所述弯曲连杆的一端固定连接有限位套管，所述限位套管和升降吊杆滑动连接。
优选的，所述T型板的底部设置有带动T型板活动的滑动机构，所述滑动机构包括设置于T型板下方的支撑托板，所述支撑托板的顶部固定连接有电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的一端和T型板固定连接，用于带动T型板在支撑托板上沿着电动伸缩杆的方向水平滑动。
优选的，所述支撑托板的顶部开设有活动槽口，所述T型板的底部固定连接有限位轴，所述限位轴的底部穿过活动槽口且固定连接有限位卡板。
优选的，所述基座的顶部设有带动支撑托板活动的调节机构，所述调节机构包括固定于基座顶部的第二电机，所述第二电机的输出端固定连接有螺纹杆，所述螺纹杆上螺纹连接有滑动套板，所述滑动套板顶部的两侧固定连接有支撑连杆，所述支撑连杆的一端和所述支撑托板的一侧固定连接，用于带动支撑托板共同移动。
优选的，所述基座的顶部固定连接有辅助架，所述螺纹杆远离第二电机的一端和辅助架的一侧转动连接。
优选的，所述基座的顶部固定连接有导向杆，所述导向杆上滑动连接有限位板，所述限位板的一侧和滑动套板固定连接。
优选的，所述基座的一侧固定连接有连接底座，所述连接底座的顶部固定连接有显示器。
本发明的有益效果：
通过第二电机向不同的方向转动和电动伸缩杆的伸展和收缩，可以带动T型板进行纵向活动和横向活动，由T型板通过升降吊绳带动升降吊杆和雷达检测仪共同移动，可以将雷达检测仪移动到不同的空心煤柱上，最后通过绕线筒对升降吊绳的卷绕和释放可以对雷达检测仪的高度进行调整，使得雷达检测仪可以从不同位置的空心煤柱对不同高度的填充物进行检测。
通过填充物对矿井的填充物进行模拟，通过对压力板施加压力，来实现模拟覆岩层的纵向压力，再通过雷达检测仪从不同位置的空心煤柱对不同高度的填充物受压所产生的形变进行检测，由雷达检测仪在空心煤柱内部的不同高度进行检测，可以在不破坏填充物的情况下，实现对填充物进行长期实时的检测，以便更好的研究出适用于矿井填充的填充物。
附图说明
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；
图1是本发明整体结构示意图；
图2是图1中矩形外架内部的截面图；
图3是图1中T型板部分的结构示意图；
图4是图1中T型板侧视部分的结构图；
图5是图4中T型板底部部分的结构示意图；
图6是图1中第二电机部分的结构示意图；
图7为图1中矩形挡板拆卸后矩形外架的状态示意图。
图中附图标记如下：
1、基座，2、矩形外架，201、矩形挡板，3、填充物，301、软树脂边框，4、压力板，5、压力传感器，51、空心煤柱，6、升降吊杆，7、雷达检测仪，8、T型板，9、第一电机，10、绕线筒，11、升降吊绳，12、支撑板，13、第一定滑轮，14、第二定滑轮，15、弯曲连杆，16、限位套管，17、支撑托板，18、电动伸缩杆，19、活动槽口，20、限位轴，21、限位卡板，22、第二电机，23、螺纹杆，24、滑动套板，241、支撑连杆，25、辅助架，26、导向杆，27、限位板，28、连接底座，29、显示器。
具体实施方式
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。
一种用于长期实时监测矿井填充层动态演化的模拟装置，包括基座1，所述基座1的顶部固定连接有矩形外架2，所述矩形外架2的两侧对称设置有多个可拆的矩形挡板201，所述矩形外架2的内部设置有填充物3，所述填充物3的外部设置有软树脂边框301，所述填充物3的顶部设置有压力板4，所述压力板4的底部均匀设置有多个压力传感器5；
所述基座1的顶部设置有空心煤柱51，所述空心煤柱51的内部设置有可升降的升降吊杆6，所述升降吊杆6的底部固定安装有可以随着升降吊杆6升降的雷达检测仪7，所述雷达检测仪7用于填充物3受压产生形变的探测。
所述压力板4的顶部设置有用于带动升降吊杆6进行升降的升降机构，所述升降机构包括设置于压力板4上方的T型板8，所述T型板8的顶部固定安装有第一电机9，所述第一电机9的输出端固定连接有绕线筒10，所述绕线筒10上固定连接有升降吊绳11，所述升降吊绳11的一端和升降吊杆6的顶部固定连接，所述T型板8的顶部固定连接有支撑板12，所述绕线筒10的一端和支撑板12转动连接。
如图1和图2，矩形外架2的内部和压力板4形成一个填充空腔，填充物3和软树脂边框301均设置在矩形外架2内部的填充空腔中，雷达检测仪7有内部电源，可以对填充空腔中填充物3产生的变化进行检测，雷达检测仪7采用现有技术中的高动态空洞雷达检测仪，因此对于雷达检测仪7如何进行检测，此处不再进行过多说明，软树脂边框301在矩形外架2里面形成一个同等容积大小的可拆卸的隔层，方便装填不同的填充物3，方便将所有的填充物3随着软树脂边框301在矩形外架2中一同取出和放入，方便对不同填充物3的更换。
软树脂边框301的内部为空腔，外部有开口，方便通过开口放入填充物3，再进行热塑对软树脂边框301的开口进行热塑封口，将填充物3封装到软树脂边框301的内部，软树脂边框301上有开口，方便在将软树脂边框301放入到矩形外架2的内部时，空心煤柱51可以穿过软树脂边框301。
如图1和图7，在矩形外架2的两侧矩形挡板201为可拆式，可以通过螺栓或卡扣等方式完成对矩形挡板201在矩形外架2两侧的安装拆卸，拆下矩形挡板201后，在矩形外架2的两侧形成开口，可以使得填充物3受压时填充物可以从拆下矩形挡板201所形成的开口处被压出，使得在对填充物3进行下压时，通过安装和取下矩形挡板201，可以改变矩形外架2两侧位置的弹性系数，更好的模拟出不同的矿井环境。
所述T型板8的顶部固定连接有第一定滑轮13和第二定滑轮14，所述升降吊绳11穿过第一定滑轮13和第二定滑轮14。
如图1、图3和图4，第一定滑轮13和第二定滑轮14可以对升降吊绳11进行导向，并且第一定滑轮13和第二定滑轮14在升降吊绳11摩擦力的带动下可以进行转动，降低对升降吊绳11的磨损。
所述T型板8的底部固定连接有弯曲连杆15，所述弯曲连杆15的一端固定连接有限位套管16，所述限位套管16和升降吊杆6滑动连接。
如图1和图2，升降吊杆6穿过限位套管16，使得限位套管16可以对升降吊杆6进行定位，使得升降吊杆6只能在竖直方向上活动。
所述T型板8的底部设置有带动T型板8活动的滑动机构，所述滑动机构包括设置于T型板8下方的支撑托板17，所述支撑托板17的顶部固定连接有电动伸缩杆18，所述电动伸缩杆18的一端和T型板8固定连接，用于带动T型板8在支撑托板17上沿着电动伸缩杆18的方向水平滑动。
如图1、图3和图4，电动伸缩杆18外接电源，且在外部设置有对应的控制开关。
所述支撑托板17的顶部开设有活动槽口19，所述T型板8的底部固定连接有限位轴20，所述限位轴20的底部穿过活动槽口19且固定连接有限位卡板21。
如图3、图4和图5，限位卡板21和支撑托板17位于T型板8的底部和顶部，可以避免T型板8从支撑托板17上脱离。
所述基座1的顶部设有带动支撑托板17活动的调节机构，所述调节机构包括固定于基座1顶部的第二电机22，所述第二电机22的输出端固定连接有螺纹杆23，所述螺纹杆23上螺纹连接有滑动套板24，所述滑动套板24顶部的两侧固定连接有支撑连杆241，所述支撑连杆241的一端和所述支撑托板17的一侧固定连接，用于带动支撑托板17共同移动。
如图1和图6，第二电机22外接电源且在外部设置有对应的控制开关。
所述基座1的顶部固定连接有辅助架25，所述螺纹杆23远离第二电机22的一端和辅助架25的一侧转动连接。
如图1和图6，通过辅助架25从螺纹杆23的一端为螺纹杆23提供支撑，同时不影响螺纹杆23的转动。
所述基座1的顶部固定连接有导向杆26，所述导向杆26上滑动连接有限位板27，所述限位板27的一侧和滑动套板24固定连接。
如图1和图6，通过限位板27和滑动套板24的固定，使得滑动套板24在螺纹杆23上活动时，不会产生转动。
所述基座1的一侧固定连接有连接底座28，所述连接底座28的顶部固定连接有显示器29。
如图1和图2，显示器29和压力传感器5均通过内置的WIFI模块连接，可以将声场缺陷信息转化成填充物的形变信息，通过显示器29动态显示填充物3的变化。
本发明提供的一种用于长期实时监测矿井填充层动态演化的模拟装置的工作原理如下：
如图1和图2，通过手动或者其他的设备从压力板4的上方下压压力板4，使得压力板4可以挤压下方的填充物3，填充物向四周挤压不同弹性系数的矩形外架2，此时位于空心煤柱51内部的雷达检测仪7可以对填充物3的形变进行测量，停止挤压压力板4时，可以上移压力板4，对填充物3进行更换。
如图1、图2、图3和图4，当第一电机9启动带动绕线筒10向不同的方向转时，绕线筒10可以对升降吊绳11进行卷绕和释放，当绕线筒10对升降吊绳11进行卷绕时，升降吊绳11的另一端可以带动升降吊杆6上移，绕线筒10对升降吊绳11进行释放时，可以使得升降吊杆6在重力的作用下下移，使得升降吊杆6带动雷达检测仪7对应上移和下移，对不同高度的填充物3进行检测；
如图4和图5，通过电动伸缩杆18的伸展和收缩，可以带动T型板8在支撑托板17上水平滑动，升降吊绳11会带动升降吊杆6和雷达检测仪7随着T型板8共同移动，对雷达检测仪7的纵向位置进行调整，使得在雷达检测仪7上升到空心煤柱51的上方时，将雷达检测仪7移动到纵向不同位置上的空心煤柱51上；
如图5和图6，当第二电机22带动螺纹杆23向不同的方向转动时，螺纹杆23带动滑动套板24向不同的方向活动，滑动套板24通过支撑连杆241带动支撑托板17共同移动，支撑托板17带动T型板8共同移动，T型板8移动时，升降吊绳11会带动升降吊杆6和雷达检测仪7随着T型板8共同移动，对雷达检测仪7的横向位置进行调整，可以将雷达检测仪7移动到横向不同位置上的空心煤柱51上。
与相关技术相比较，本发明提供的一种用于长期实时监测矿井填充层动态演化的模拟装置具有如下有益效果：
通过第二电机22向不同的方向转动和电动伸缩杆18的伸展和收缩，可以带动T型板8进行纵向活动和横向活动，由T型板8通过升降吊绳11带动升降吊杆6和雷达检测仪7共同移动，可以将雷达检测仪7移动到不同的空心煤柱51上，最后通过绕线筒10对升降吊绳11的卷绕和释放可以对雷达检测仪7的高度进行调整，使得雷达检测仪7可以从不同位置的空心煤柱对不同高度的填充物3进行检测。
通过填充物3对矿井的填充物进行模拟，通过对压力板4施加压力，来实现模拟覆岩层的纵向压力，再通过雷达检测仪7从不同位置的空心煤柱对不同高度的填充物3受压所产生的形变进行检测，由雷达检测仪7在空心煤柱51内部的不同高度进行检测，可以在不破坏填充物3的情况下，实现对填充物3进行长期实时的检测，以便更好的研究出适用于矿井填充的填充物。
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。
Claims (7)
1.一种用于长期实时监测矿井填充层动态演化的模拟装置，包括基座(1)，所述基座(1)的顶部固定连接有矩形外架(2)，所述矩形外架(2)的两侧对称设置有多个可拆的矩形挡板(201)，所述矩形外架(2)的内部设置有填充物(3)，所述填充物(3)的外部设置有软树脂边框(301)，所述填充物(3)的顶部设置有压力板(4)，所述压力板(4)的底部均匀设置有多个压力传感器(5)；
所述基座(1)的顶部设置有空心煤柱(51)，所述空心煤柱(51)的内部设置有可升降的升降吊杆(6)，所述升降吊杆(6)的底部固定安装有可以随着升降吊杆(6)升降的雷达检测仪(7)，所述雷达检测仪(7)用于填充物(3)受压产生形变的探测；
所述压力板(4)的顶部设置有用于带动升降吊杆(6)进行升降的升降机构，所述升降机构包括设置于压力板(4)上方的T型板(8)，所述T型板(8)的顶部固定安装有第一电机(9)，所述第一电机(9)的输出端固定连接有绕线筒(10)，所述绕线筒(10)上固定连接有升降吊绳(11)，所述升降吊绳(11)的一端和升降吊杆(6)的顶部固定连接，所述T型板(8)的顶部固定连接有支撑板(12)，所述绕线筒(10)的一端和支撑板(12)转动连接；
所述T型板(8)的底部设置有带动T型板(8)活动的滑动机构，所述滑动机构包括设置于T型板(8)下方的支撑托板(17)，所述支撑托板(17)的顶部固定连接有电动伸缩杆(18)，所述电动伸缩杆(18)的一端和T型板(8)固定连接，用于带动T型板(8)在支撑托板(17)上沿着电动伸缩杆(18)的方向水平滑动；
所述基座(1)的顶部设有带动支撑托板(17)活动的调节机构，所述调节机构包括固定于基座(1)顶部的第二电机(22)，所述第二电机(22)的输出端固定连接有螺纹杆(23)，所述螺纹杆(23)上螺纹连接有滑动套板(24)，所述滑动套板(24)顶部的两侧固定连接有支撑连杆(241)，所述支撑连杆(241)的一端和所述支撑托板(17)的一侧固定连接，用于带动支撑托板(17)共同移动。
2.根据权利要求1所述的一种用于长期实时监测矿井填充层动态演化的模拟装置，其特征在于，所述T型板(8)的顶部固定连接有第一定滑轮(13)和第二定滑轮(14)，所述升降吊绳(11)穿过第一定滑轮(13)和第二定滑轮(14)。
3.根据权利要求2所述的一种用于长期实时监测矿井填充层动态演化的模拟装置，其特征在于，所述T型板(8)的底部固定连接有弯曲连杆(15)，所述弯曲连杆(15)的一端固定连接有限位套管(16)，所述限位套管(16)和升降吊杆(6)滑动连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于长期实时监测矿井填充层动态演化的模拟装置，其特征在于，所述支撑托板(17)的顶部开设有活动槽口(19)，所述T型板(8)的底部固定连接有限位轴(20)，所述限位轴(20)的底部穿过活动槽口(19)且固定连接有限位卡板(21)。
5.根据权利要求4所述的一种用于长期实时监测矿井填充层动态演化的模拟装置，其特征在于，所述基座(1)的顶部固定连接有辅助架(25)，所述螺纹杆(23)远离第二电机(22)的一端和辅助架(25)的一侧转动连接。
6.根据权利要求5所述的一种用于长期实时监测矿井填充层动态演化的模拟装置，其特征在于，所述基座(1)的顶部固定连接有导向杆(26)，所述导向杆(26)上滑动连接有限位板(27)，所述限位板(27)的一侧和滑动套板(24)固定连接。
7.根据权利要求6所述的一种用于长期实时监测矿井填充层动态演化的模拟装置，其特征在于，所述基座(1)的一侧固定连接有连接底座(28)，所述连接底座(28)的顶部固定连接有显示器(29)。
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