CN115096677B - 一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统及方法，包括支撑框架、装料箱和铺设推料装置，装料箱左右滑动安装于承压立板上，左右两侧的轨道滑板之间转动连接有水平螺纹丝杆，装料箱上设有与水平螺纹丝杆动力配合的丝杆螺母孔，其中一个轨道滑板上固定有丝杆驱动电机；铺设推料装置包括推料筒、垂直螺纹丝杆、用于驱动垂直螺纹丝杆升降运动的丝杆驱动装置和位于推料筒内部的推料板，垂直螺纹丝杆底端与推料板固定连接，推料筒与装料箱底部连通，推料筒底端可拆卸式连接有出料漏斗，出料漏斗底端的出料口设有弹性复位挡板。本发明能够基于岩层相似材料进行智能精准分层铺设与压实，减少人为误差，有利于提高试验效率与精度。

Description

一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统及方法

技术领域

本发明涉及采矿及岩土工程相似材料模拟试验技术领域，尤其涉及一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统及方法。

背景技术

在采矿及岩土工程中，为了更好地保证地下矿山的安全生产,在开采矿产资源、保护矿区环境和地面设施等各方面平衡,对于采矿及岩土的土层结构、力学情况、活动规律、支护研究等越来越重要。对于采矿及岩土的研究是在专门的实验室中，这就需要对采矿及岩土进行三维相似模拟，以便进行采矿及岩土在垮落、裂隙、力学变形特性、支护措施等方面研究的正常开展。三维相似模拟试验可为这些研究提供了很多方便，但在以往的三维相似模拟试验中，大多数都是根据数据配比制备材料，搅拌均匀后人工铺设材料。三维相似模拟试验中，在现有技术中，如公开号CN109855974A的中国专利公开了一种基于相似模拟试验系统的覆岩应力与变形特性试验方法，如公开号CN205538954U的中国专利公开了一种煤层群开采三维相似模拟装置，两个专利技术由于采用人工铺设，其主观随意性较大，极易出现铺设不平、材料压密不均匀等问题，在三维相似模拟试验中一般需要制备多个三维相似模拟采矿及岩土，以便于进行对比实验，若多个三维相似模拟采矿及岩土均采用人工制备，其本身就可能存在人为差异，多重因素致使后续试验结果造成不同程度的偏差，严重时会导致试验失败。目前，现有技术对于采矿及岩土三维相似模拟没有提供一种专用的三维相似模拟铺设系统，若采用机械化、非人工方式铺设，可以由此构建出多个三维相似模拟采矿及岩土，对采矿及岩土的科学研究具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统及方法，能够根据不同要求的试验方案进行岩层相似材料的智能精准铺设，并进行精准压实，从而最大程度的减扰人工操作带来的误差，同时能够极大提高相似模拟试验材料的铺设效率，减少人工误差，有利于加快试验进程、缩短试验周期、提高试验精度。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统，包括支撑框架、装料箱和铺设推料装置，支撑框架左右两侧分别固定有承压侧板，每个承压侧板上前后滑动安装有轨道滑板，支撑框架上设有用于驱动轨道滑板前后移动的液压驱动装置；左右两侧的承压侧板之间固定连接有承压立板，所述装料箱左右滑动安装于承压立板上，所述铺设推料装置通过滑动悬挂架左右滑动安装于承压立板上，左右两侧的轨道滑板之间转动连接有水平螺纹丝杆，装料箱上设有与水平螺纹丝杆动力配合的丝杆螺母孔，其中一个轨道滑板上固定有用于驱动水平螺纹丝杆转动的丝杆驱动电机；所述铺设推料装置包括推料筒、垂直螺纹丝杆、用于驱动垂直螺纹丝杆升降运动的丝杆驱动装置和位于推料筒内部的推料板，垂直螺纹丝杆底端与推料板固定连接，推料筒与装料箱底部连通，所述推料筒底端可拆卸式连接有出料漏斗，出料漏斗底端的出料口呈花瓣方式分布设有弹性复位挡板，所有弹性复位挡板组合封闭出料口。

为了更好地实现本发明，所述丝杆驱动装置包括驱动电机和驱动齿轴，所述滑动悬挂架固定有竖向定位筒，所述垂直螺纹丝杆限位置于竖向定位筒，滑动悬挂架上开有与垂直螺纹丝杆相配合的通孔，驱动电机固定于其中一个轨道滑板上，驱动电机动力输出轴与驱动齿轴固连，驱动齿轴外部固定有驱动齿，滑动悬挂架上转动安装有从动齿轴，从动齿轴外部固定有从动齿，驱动齿与从动齿之间动力连接有齿轮皮带，所述垂直螺纹丝杆上配合安装有齿轮，所述齿轮外部具有与齿轮皮带相啮合的外齿圈，齿轮内部具有与垂直螺纹丝杆配合的丝杆驱动螺纹。

优选地，所述推料板通过连接板可拆卸式连接有压料板。

本发明优选的液压驱动装置结构技术方案如下：所述液压驱动装置包括前后移动液压气缸和夹臂，所述前后移动液压气缸具有伸缩杆，所述夹臂固定于伸缩杆端部，夹臂通过螺钉与轨道滑板连接，所述支撑框架上固定有与前后移动液压气缸连接固定的固定座。

优选地，左侧轨道滑板顶端固定有带有轴承B的轴承座B，右侧轨道滑板顶端固定有带有轴承A的轴承座A，所述水平螺纹丝杆左端转动安装于轴承座B的轴承B中，水平螺纹丝杆右端转动安装于轴承座A的轴承A中，所述丝杆驱动电机安装于轴承座A上。

优选地，左右两侧的轨道滑板之间连接有两个相互平行的承压立板，所述装料箱两侧设有悬挂耳，悬挂耳上设有与承压立板滑动配合的滑槽及滚轮；所述滑动悬挂架滑动悬挂于两个承压立板上；所述承压立板沿长度方向设有刻度A；所述承压侧板底部设有与轨道滑板相配合的滑道，承压侧板沿长度方向设有刻度B。

优选地，所述支撑框架包括四个立柱和连接于四个立柱上的若干层横梁框架层，每层横梁框架层包括四个固定横梁，每个固定横梁与相邻两个立柱连接固定，所述立柱沿高度方向设有刻度C。

优选地，所述推料筒与装料箱连通位置处安装有进料阀，所述装料箱顶部可拆卸式安装有进料漏斗，所述装料箱内侧与进料漏斗内侧均设有刻度D。

为了实现智能化控制，本发明还包括智能铺设控制系统，所述智能铺设控制系统包括X轴运动控制模块、Y轴运动控制模块和Z轴运动控制模块，所述水平螺纹丝杆左右两端分别设有左端限位传感器、右端限位传感器，X轴运动控制模块分别与左端限位传感器、右端限位传感器、丝杆驱动电机电连接，X轴运动控制模块用于控制丝杆驱动电机启动、正反转工作；所述承压侧板前后两端分别设有前端限位传感器、后端限位传感器，Y轴运动控制模块分别与前端限位传感器、后端限位传感器、液压驱动装置电连接；所述Z轴运动控制模块与丝杆驱动装置的驱动电机电连接。

一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设方法，其方法如下：

A、构建所需铺设的采矿岩土三维相似模拟体，采矿岩土三维相似模拟体包括若干层采矿岩土层，采矿岩土层的参数数据包括相似模拟配置材料、层高、采矿岩土密度；在支撑框架内部放置与采矿岩土三维相似模拟体相对应的采矿岩土三维模拟容器，以采矿岩土三维模拟容器建立起采矿岩土三维模拟铺设三维坐标系，根据采矿岩土三维模拟铺设三维坐标系按照采矿岩土层对应得出所有坐标位置处的配置材料铺设量；

B、在装料箱放入第一层采矿岩土层所对应量的相似模拟配置材料，在推料筒底部安装好出料漏斗，打开进料阀；智能铺设控制系统铺设采矿岩土三维相似模拟体的第一层采矿岩土层，Z轴运动控制模块根据第一层采矿岩土层各个坐标位置处的配置材料铺设量计算出坐标位置处所对应驱动电机的控制参数，控制参数包括电机功率、工作时间；

智能铺设控制系统的X轴运动控制模块控制丝杆驱动电机工作、Y轴运动控制模块控制液压驱动装置的前后移动液压气缸工作并让出料口到达第一层采矿岩土层的第一个坐标位置处，Z轴运动控制模块控制驱动电机驱动压料板在第一个坐标位置处铺设对应量的配置材料，并依次完成第一层采矿岩土层所有坐标位置处的配置材料铺设工作；

C、关闭进料阀，将推料筒底部的出料漏斗拆卸掉，Z轴运动控制模块控制驱动电机让推料板伸出推料筒，将压料板通过连接板、螺钉安装于推料板上；

智能铺设控制系统的X轴运动控制模块控制丝杆驱动电机工作、Y轴运动控制模块控制液压驱动装置的前后移动液压气缸工作并让推料板到达第一层采矿岩土层的第一个坐标位置处，Z轴运动控制模块控制驱动电机驱动压料板在第一个坐标位置处升降往复运动并压实第一个坐标位置处的配置材料，观察立柱上的刻度C并让第一个坐标位置处的配置材料压实到所需高度，并依次完成第一层采矿岩土层所有坐标位置处的配置材料压实工作；

D、重复步骤B、C，依次完成所有层的采矿岩土层的铺设、压实工作，完毕之后得到采矿岩土三维相似模拟体。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明提供了一种创新结构的采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统，能够水平、前后移动装料箱、铺设推料装置，让铺设推料装置的出料口到达指定位置处并控制铺设推料装置进行精确配置材料的铺设，同时可以组合安装压料板便于对每层采矿岩土层进行对应压实作业，具有机械化、智能化程度高，能够制备出高质量的采矿岩土三维相似模拟体。

(2)本发明采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统能够根据不同要求的试验方案进行岩层相似材料的智能精准铺设，并进行精准压实，从而最大程度的减扰人工操作带来的误差，同时能够极大提高相似模拟试验材料的铺设效率，减少人工误差，有利于加快试验进程、缩短试验周期、提高试验精度。

(3)本发明丝杆驱动装置的驱动电机通过齿轮啮合传动,通过传动比计算整理,电机的功率大小即能决定给料速度的大小以及铺设厚度，改变驱动电机的挡位功率即可控制给料速度和铺设厚度以及铺设量,从而实现智能铺设；液压驱动装置的前后移动液压气缸通过液压方式进行出料口的前后距离调节，水平螺纹丝杆与装料箱的丝杆螺母孔螺纹丝杆运动配合并通过丝杆驱动电机驱动，可以实现出料口的水平左右位置调节。

(4)本发明根据现场岩层煤层各项参数数据进行相似模拟配比，计算试验参数，试验参数包括每层材料铺设厚度,压密比，铺设厚度以及压密之后的厚度,每层铺设完成之后,根据计算数据,可控制压料板进行精准压实。

(5)本发明能够根据不同要求的试验方案进行岩层相似材料的智能铺设，并进行精准压实，采用机械铺设以及精准压实,不仅能够减少人工,提高相似模拟试验材料的铺设效率,而且还能最大程度减少人工主观的铺设和压实的误差。

附图说明

图1为本发明采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统连接出料漏斗后的结构示意图；

图2为本发明智能铺设控制系统的原理框图；

图3为实施例中齿轮皮带动力装置的结构示意图；

图4为实施例中铺设推料装置的结构示意图；

图5为实施例中齿轮的剖视图；

图6为实施例中出料口处弹性复位挡板的布设示意图；

图7为本发明中铺设推料装置连接压料板后的结构示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－立柱,2－固定横梁,3－承压立板,4－轨道滑板,5－承压侧板,6－装料箱，61－悬挂耳,7－轴承座A，71－轴承座B,8－丝杆驱动电机，81－水平螺纹丝杆,9－滑动悬挂架，10－丝杆驱动装置，101－驱动齿轴,102－驱动齿,103－从动齿,11－驱动电机,12－齿轮皮带,13－铺设推料装置，131－推料筒,14－出料漏斗，141－出料口,142－弹性复位挡板,15－滑道,16－进料漏斗,17－固定座,18－前后移动液压气缸,19－夹臂,20－齿轮，201－外齿圈,202－丝杆驱动螺纹,21－垂直螺纹丝杆,22－进料阀,23－竖向定位筒,24－推料板,25－连接板,26－压料板。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：

实施例

如图1～图7所示，一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统，包括支撑框架、装料箱6和铺设推料装置13，支撑框架左右两侧分别固定有承压侧板5(左侧一个承压侧板5，右侧固定一个承压侧板5)，在一些实施例中，支撑框架包括四个立柱1和连接于四个立柱1上的若干层横梁框架层，支撑框架整体呈长方体框架，每层横梁框架层包括四个固定横梁2，每个固定横梁2与相邻两个立柱1连接固定，立柱1沿高度方向设有刻度C，刻度C便于在铺设层或铺设高度上进行测量。每个承压侧板5上前后滑动安装有轨道滑板4，支撑框架上设有用于驱动轨道滑板4前后移动的液压驱动装置，液压驱动装置驱动轨道滑板4在承压侧板5侧面沿着承压侧板5长度方向前后滑动。在一些实施例中，承压侧板5底部设有与轨道滑板4相配合的滑道15，承压侧板5沿长度方向设有刻度B，刻度B便于对轨道滑板4前后移动距离进行测量(也即可以实现出料漏斗14的出料口141的测量)。在一些实施例中，液压驱动装置包括前后移动液压气缸18和夹臂19，前后移动液压气缸18具有伸缩杆，夹臂19固定于伸缩杆端部，夹臂19通过螺钉与轨道滑板4连接，支撑框架上固定有与前后移动液压气缸18连接固定的固定座17。

左右两侧的承压侧板5之间固定连接有承压立板3，装料箱6左右滑动安装于承压立板3上，铺设推料装置13通过滑动悬挂架9左右滑动安装于承压立板3上。在一些实施例中，左右两侧的轨道滑板4之间连接有两个相互平行的承压立板3，装料箱6两侧设有悬挂耳61，悬挂耳61上设有与承压立板3滑动配合的滑槽及滚轮。滑动悬挂架9滑动悬挂于两个承压立板3上。承压立板3沿长度方向设有刻度A。

如图1所示，左右两侧的轨道滑板4之间转动连接有水平螺纹丝杆81，装料箱6上设有与水平螺纹丝杆81动力配合的丝杆螺母孔，其中一个轨道滑板4上固定有用于驱动水平螺纹丝杆81转动的丝杆驱动电机8，工作时，丝杆驱动电机8驱动水平螺纹丝杆81转动，水平螺纹丝杆81在装料箱6的丝杆螺母孔中运动并能驱动装料箱6在承压立板3导向作用下水平左右移动。如图4所示，铺设推料装置13包括推料筒131、垂直螺纹丝杆21、用于驱动垂直螺纹丝杆21升降运动的丝杆驱动装置10和位于推料筒131内部的推料板24，垂直螺纹丝杆21底端与推料板24固定连接，推料筒131与装料箱6底部连通。在一些实施例中，如图1～图4所示，丝杆驱动装置10包括驱动电机11和驱动齿轴101，滑动悬挂架9固定有竖向定位筒23(如图4所示，竖向定位筒23在齿轮20位置处开有齿轮槽以便于齿轮20部分裸露在竖向定位筒23外侧并与齿轮皮带12动力配合)，垂直螺纹丝杆21限位置于竖向定位筒23，滑动悬挂架9上开有与垂直螺纹丝杆21相配合的通孔(滑动悬挂架9的通孔便于垂直螺纹丝杆21在其中升降运动)，驱动电机11固定于其中一个轨道滑板4上，驱动电机11动力输出轴与驱动齿轴101固连，驱动齿轴101外部固定有驱动齿102，滑动悬挂架9上转动安装有从动齿轴，从动齿轴外部固定有从动齿103，驱动齿102与从动齿103之间动力连接有齿轮皮带12，垂直螺纹丝杆21上配合安装有齿轮20。如图5所示，本实施例齿轮20外部具有与齿轮皮带12相啮合的外齿圈201，齿轮20内部具有与垂直螺纹丝杆21配合的丝杆驱动螺纹202。驱动电机11驱动齿轮皮带12将动力传输至齿轮20，齿轮20在齿轮皮带12动力作用下原位置自转运动，齿轮20内侧的丝杆驱动螺纹202转动并能驱动垂直螺纹丝杆21升降运动，若垂直螺纹丝杆21上升运动，则便于装料箱6中的配置材料进入到推料筒131中，若垂直螺纹丝杆21下降运动，则垂直螺纹丝杆21驱动推料板24将推料筒131中的配置材料从出料口141推出并进行铺设作业。

推料筒131底端可拆卸式连接有出料漏斗14，如图6所示，本实施例出料漏斗14底端的出料口141呈花瓣方式分布设有弹性复位挡板142(参见图6，本实施例出料口141具有四个可以翻转的弹性复位挡板142，当然出料口141也可以具有六个、八个或十个弹性复位挡板142)，所有弹性复位挡板142组合封闭出料口141，铺设作业时，在推料板24压力作用下，推料筒131中的配置材料从出料口141底部冲开弹性复位挡板142并进行铺设作业，若推料板24压力消除，各个弹性复位挡板142复位并关闭出料口141。

本发明在铺设作业时，推料筒131底部连接出料漏斗141(此时推料板24位于推料筒131内部)。推料板24通过连接板25可拆卸式连接有压料板26，在压实作业时，将出料漏斗141拆卸取下并让推料板24伸出推料筒131，在推料板24上通过连接板25可拆卸式连接有压料板26，以便进行压实作业。

如图1所示，在一些实施例中，左侧轨道滑板4顶端固定有带有轴承B的轴承座B71，右侧轨道滑板4顶端固定有带有轴承A的轴承座A7，水平螺纹丝杆81左端转动安装于轴承座B71的轴承B中，水平螺纹丝杆81右端转动安装于轴承座A7的轴承A中，丝杆驱动电机8安装于轴承座A7上。

在一些实施例中，如图4所示，推料筒131与装料箱6连通位置处安装有进料阀22(在压实作业时，可通过进料阀22关闭推料筒131的出料)，装料箱6顶部可拆卸式安装有进料漏斗16，装料箱6内侧与进料漏斗16内侧均设有刻度D(刻度D是从装料箱6最低点延伸至进料漏斗16最高点)。

在一些实施例中，本发明还包括智能铺设控制系统，智能铺设控制系统包括X轴运动控制模块、Y轴运动控制模块和Z轴运动控制模块，水平螺纹丝杆81左右两端分别设有左端限位传感器、右端限位传感器，X轴运动控制模块分别与左端限位传感器、右端限位传感器、丝杆驱动电机电连接，X轴运动控制模块用于控制丝杆驱动电机启动、正反转工作。承压侧板5前后两端分别设有前端限位传感器、后端限位传感器，Y轴运动控制模块分别与前端限位传感器、后端限位传感器、液压驱动装置电连接。Z轴运动控制模块与丝杆驱动装置10的驱动电机11电连接。

一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设方法，其方法如下：

A、构建所需铺设的采矿岩土三维相似模拟体，采矿岩土三维相似模拟体包括若干层采矿岩土层，采矿岩土层的参数数据包括相似模拟配置材料、层高、采矿岩土密度。在支撑框架内部放置与采矿岩土三维相似模拟体相对应的采矿岩土三维模拟容器(所铺设构建出的采矿岩土三维相似模拟体就会容纳于采矿岩土三维模拟容器中)或设定采矿岩土三维模拟铺设区域(所铺设构建出的采矿岩土三维相似模拟体形成在采矿岩土三维模拟铺设区域，采矿岩土三维模拟铺设区域为支撑框架所覆盖地面的一部分)。下面以采矿岩土三维模拟容器的方式来介绍本发明采矿岩土三维相似模拟智能铺设方法；

以采矿岩土三维模拟容器建立起采矿岩土三维模拟铺设三维坐标系，根据采矿岩土三维模拟铺设三维坐标系按照采矿岩土层对应得出所有坐标位置处(本发明坐标位置为一个区域范围内的中心坐标)的配置材料铺设量。举例如下：采矿岩土三维模拟容器为长方形容器，将采矿岩土三维模拟容器放置于支撑框架下方内部，采矿岩土三维模拟铺设三维坐标系以采矿岩土三维模拟容器而构建(刻度A、刻度B、刻度C也与采矿岩土三维模拟铺设三维坐标系对应匹配)，根据出料口141的出口大小得出略小于出料口141出口大小的铺设中心坐标块，在采矿岩土三维模拟铺设三维坐标系中按照铺设中心坐标块大小进行网格划分，提取出每个铺设中心坐标块的中心点的坐标，上述所称的坐标位置处为铺设中心坐标块中心点的坐标，坐标位置处的配置材料铺设量为铺设中心坐标块所在区域的配置材料铺设总量。在铺设时，只需要移动装料箱6到所有坐标位置处(即坐标点位)，然后就能铺设该坐标位置处与出料口141口径相同的铺设区域，进而实现所有坐标位置铺设即可完成一层采矿岩土层的铺设作业。

B、在装料箱6放入第一层采矿岩土层所对应量的相似模拟配置材料，在推料筒131底部安装好出料漏斗14，打开进料阀22。智能铺设控制系统铺设采矿岩土三维相似模拟体的第一层采矿岩土层，Z轴运动控制模块根据第一层采矿岩土层各个坐标位置处(优选为铺设中心坐标块中心点的坐标)的配置材料铺设量计算出坐标位置处所对应驱动电机11的控制参数，控制参数包括电机功率、工作时间。

智能铺设控制系统的X轴运动控制模块控制丝杆驱动电机工作、Y轴运动控制模块控制液压驱动装置的前后移动液压气缸18工作并让出料口141到达第一层采矿岩土层的第一个坐标位置处(或铺设中心坐标块中心点的坐标)，Z轴运动控制模块控制驱动电机11驱动压料板26在第一个坐标位置处铺设对应量的配置材料，并依次完成第一层采矿岩土层所有坐标位置处的配置材料铺设工作。

第一层采矿岩土层的第一个坐标位置处，可以采用如下两种方式：

第一种方式，采用自动化、智能化控制，将采矿岩土层的所有坐标位置输入到智能铺设控制系统，智能铺设控制系统根据第一个坐标位置让出料口141到达第一层采矿岩土层的第一个坐标位置处，然后进行配置材料铺设工作。

第二种方式，收集采矿岩土层的所有坐标位置，智能铺设控制系统受控移动让出料口141到达第一层采矿岩土层的第一个坐标位置处，本申请的刻度A、刻度B、刻度C便于进行位置测量，也可以在第一层采矿岩土层的各个坐标位置进行标记便于控制移动。

C、关闭进料阀22，将推料筒131底部的出料漏斗14拆卸掉，Z轴运动控制模块控制驱动电机11让推料板24伸出推料筒131，将压料板26通过连接板25、螺钉安装于推料板24上。

智能铺设控制系统的X轴运动控制模块控制丝杆驱动电机工作、Y轴运动控制模块控制液压驱动装置的前后移动液压气缸18工作并让推料板24到达第一层采矿岩土层的第一个坐标位置处(压实作业过程的推料板24与铺设作业的移动同理，在此不再累述)，Z轴运动控制模块控制驱动电机11驱动压料板26在第一个坐标位置处升降往复运动并压实第一个坐标位置处的配置材料，观察立柱1上的刻度C并让第一个坐标位置处的配置材料压实到所需高度(此时可以参考立柱1上的刻度C进行测量)，并依次完成第一层采矿岩土层所有坐标位置处的配置材料压实工作。

D、按照步骤B、C的方式重复步骤B、C，依次完成所有层的采矿岩土层的铺设、压实工作，完毕之后得到采矿岩土三维相似模拟体。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统，其特征在于：包括支撑框架、装料箱（6）和铺设推料装置（13），支撑框架左右两侧分别固定有承压侧板（5），每个承压侧板（5）上前后滑动安装有轨道滑板（4），支撑框架上设有用于驱动轨道滑板（4）前后移动的液压驱动装置；左右两侧的承压侧板（5）之间固定连接有承压立板（3），所述装料箱（6）左右滑动安装于承压立板（3）上，所述铺设推料装置（13）通过滑动悬挂架（9）左右滑动安装于承压立板（3）上，左右两侧的轨道滑板（4）之间转动连接有水平螺纹丝杆（81），装料箱（6）上设有与水平螺纹丝杆（81）动力配合的丝杆螺母孔，其中一个轨道滑板（4）上固定有用于驱动水平螺纹丝杆（81）转动的丝杆驱动电机（8）；所述铺设推料装置（13）包括推料筒（131）、垂直螺纹丝杆（21）、用于驱动垂直螺纹丝杆（21）升降运动的丝杆驱动装置（10）和位于推料筒（131）内部的推料板（24），垂直螺纹丝杆（21）底端与推料板（24）固定连接，推料筒（131）与装料箱（6）底部连通，所述推料筒（131）底端可拆卸式连接有出料漏斗（14），出料漏斗（14）底端的出料口（141）呈花瓣方式分布设有弹性复位挡板（142），所有弹性复位挡板（142）组合封闭出料口（141）。

2.按照权利要求1所述的一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统，其特征在于：所述丝杆驱动装置（10）包括驱动电机（11）和驱动齿轴（101），所述滑动悬挂架（9）固定有竖向定位筒（23），所述垂直螺纹丝杆（21）限位置于竖向定位筒（23），滑动悬挂架（9）上开有与垂直螺纹丝杆（21）相配合的通孔，驱动电机（11）固定于其中一个轨道滑板（4）上，驱动电机（11）动力输出轴与驱动齿轴（101）固连，驱动齿轴（101）外部固定有驱动齿（102），滑动悬挂架（9）上转动安装有从动齿轴，从动齿轴外部固定有从动齿（103），驱动齿（102）与从动齿（103）之间动力连接有齿轮皮带（12），所述垂直螺纹丝杆（21）上配合安装有齿轮（20），所述齿轮（20）外部具有与齿轮皮带（12）相啮合的外齿圈（201），齿轮（20）内部具有与垂直螺纹丝杆（21）配合的丝杆驱动螺纹（202）。

3.按照权利要求2所述的一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统，其特征在于：所述推料板（24）通过连接板（25）可拆卸式连接有压料板（26）。

4.按照权利要求3所述的一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统，其特征在于：所述液压驱动装置包括前后移动液压气缸（18）和夹臂（19），所述前后移动液压气缸（18）具有伸缩杆，所述夹臂（19）固定于伸缩杆端部，夹臂（19）通过螺钉与轨道滑板（4）连接，所述支撑框架上固定有与前后移动液压气缸（18）连接固定的固定座（17）。

5.按照权利要求1所述的一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统，其特征在于：左侧轨道滑板（4）顶端固定有带有轴承B的轴承座B（71），右侧轨道滑板（4）顶端固定有带有轴承A的轴承座A（7），所述水平螺纹丝杆（81）左端转动安装于轴承座B（71）的轴承B中，水平螺纹丝杆（81）右端转动安装于轴承座A（7）的轴承A中，所述丝杆驱动电机（8）安装于轴承座A（7）上。

6.按照权利要求1所述的一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统，其特征在于：左右两侧的轨道滑板（4）之间连接有两个相互平行的承压立板（3），所述装料箱（6）两侧设有悬挂耳（61），悬挂耳（61）上设有与承压立板（3）滑动配合的滑槽及滚轮；所述滑动悬挂架（9）滑动悬挂于两个承压立板（3）上；所述承压立板（3）沿长度方向设有刻度A；所述承压侧板（5）底部设有与轨道滑板（4）相配合的滑道（15），承压侧板（5）沿长度方向设有刻度B。

7.按照权利要求4所述的一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统，其特征在于：所述支撑框架包括四个立柱（1）和连接于四个立柱（1）上的若干层横梁框架层，每层横梁框架层包括四个固定横梁（2），每个固定横梁（2）与相邻两个立柱（1）连接固定，所述立柱（1）沿高度方向设有刻度C。

8.按照权利要求7所述的一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统，其特征在于：所述推料筒（131）与装料箱（6）连通位置处安装有进料阀（22），所述装料箱（6）顶部可拆卸式安装有进料漏斗（16），所述装料箱（6）内侧与进料漏斗（16）内侧均设有刻度D。

9.按照权利要求8所述的一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统，其特征在于：还包括智能铺设控制系统，所述智能铺设控制系统包括X轴运动控制模块、Y轴运动控制模块和Z轴运动控制模块，所述水平螺纹丝杆（81）左右两端分别设有左端限位传感器、右端限位传感器， X轴运动控制模块分别与左端限位传感器、右端限位传感器、丝杆驱动电机电连接，X轴运动控制模块用于控制丝杆驱动电机启动、正反转工作；所述承压侧板（5）前后两端分别设有前端限位传感器、后端限位传感器，Y轴运动控制模块分别与前端限位传感器、后端限位传感器、液压驱动装置电连接；所述Z轴运动控制模块与丝杆驱动装置（10）的驱动电机（11）电连接。

10.一种采用权利要求9所述的一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统的方法，其特征在于：其方法如下：

A、构建所需铺设的采矿岩土三维相似模拟体，采矿岩土三维相似模拟体包括若干层采矿岩土层，采矿岩土层的参数数据包括相似模拟配置材料、层高、采矿岩土密度；在支撑框架内部放置与采矿岩土三维相似模拟体相对应的采矿岩土三维模拟容器，以采矿岩土三维模拟容器建立起采矿岩土三维模拟铺设三维坐标系，根据采矿岩土三维模拟铺设三维坐标系按照采矿岩土层对应得出所有坐标位置处的配置材料铺设量；

B、在装料箱（6）放入第一层采矿岩土层所对应量的相似模拟配置材料，在推料筒（131）底部安装好出料漏斗（14），打开进料阀（22）；智能铺设控制系统铺设采矿岩土三维相似模拟体的第一层采矿岩土层，Z轴运动控制模块根据第一层采矿岩土层各个坐标位置处的配置材料铺设量计算出坐标位置处所对应驱动电机（11）的控制参数，控制参数包括电机功率、工作时间；

智能铺设控制系统的X轴运动控制模块控制丝杆驱动电机工作、Y轴运动控制模块控制液压驱动装置的前后移动液压气缸（18）工作并让出料口（141）到达第一层采矿岩土层的第一个坐标位置处，Z轴运动控制模块控制驱动电机（11）驱动压料板（26）在第一个坐标位置处铺设对应量的配置材料，并依次完成第一层采矿岩土层所有坐标位置处的配置材料铺设工作；

C、关闭进料阀（22），将推料筒（131）底部的出料漏斗（14）拆卸掉，Z轴运动控制模块控制驱动电机（11）让推料板（24）伸出推料筒（131），将压料板（26）通过连接板（25）、螺钉安装于推料板（24）上；

智能铺设控制系统的X轴运动控制模块控制丝杆驱动电机工作、Y轴运动控制模块控制液压驱动装置的前后移动液压气缸（18）工作并让推料板（24）到达第一层采矿岩土层的第一个坐标位置处，Z轴运动控制模块控制驱动电机（11）驱动压料板（26）在第一个坐标位置处升降往复运动并压实第一个坐标位置处的配置材料，观察立柱（1）上的刻度C并让第一个坐标位置处的配置材料压实到所需高度，并依次完成第一层采矿岩土层所有坐标位置处的配置材料压实工作；

D、重复步骤B、C，依次完成所有层的采矿岩土层的铺设、压实工作，完毕之后得到采矿岩土三维相似模拟体。

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