CN212433162U - 一种采场充填体模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种矿山采场充填体模拟实验装置，包括底板，所述底板上设置有用以填充模拟材料的实验箱体，所述实验箱体前、后侧壁均由多块可拆卸的透明钢化玻璃板拼装而成；实验箱体上侧设置有多块与前、后侧壁上钢化玻璃板位置一一对应的上施压板，实验箱体左、右侧壁板内侧分别设置有侧施压板。本实用新型矿山采场充填体模拟实验装置使用方便，易于操作，实用性强，可以模拟分析采场开挖、充填过程及过程中顶板及充填体的受力状况，极大的还原了真实的开采过程，为现场采用支护和填充工艺的改进提供依据，工作人员也可以对真实的开采和填充过程有直观的了解，解决了金属矿山深部作业情况下，采场及充填体稳定性检测困难的问题。

Description

一种采场充填体模拟实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种矿山采场充填体模拟实验装置。

背景技术

在地下矿山充填工艺中，地面充填建设在地表，充填设备、搅拌过程以及整个充填的制备比较先进透明，但是在充填料进入采场的过程中，采场相对封闭，充填过程人员以及设备无法进入，也没有对充填的过程进行检测控制，由于充填过程为全封闭充填，无法对充填过程有一个客观的了解，也没有办法对充填体的整体受力状况作出评价。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种使用方便，实用性强的矿山采场充填体模拟实验装置，可以模拟分析采场开挖、充填过程，为现场采用支护和填充工艺的改进提供依据。

本实用新型采用以下方案实现：一种矿山采场充填体模拟实验装置，包括底板，所述底板上设置有用以填充模拟材料的实验箱体，所述实验箱体前、后侧壁均由多块可拆卸的透明钢化玻璃板拼装而成；实验箱体上侧设置有多块与前、后侧壁上钢化玻璃板位置一一对应的上施压板，实验箱体左、右侧壁板内侧分别设置有侧施压板。

进一步的，所述底板上固定连接有龙门架，所述实验箱体位于龙门架中间，所述龙门架的横梁上安装有多个垂下的并与上施压板一一对应的上施压缸，上施压缸下端连接有上施压头，所述上施压头下端连接有压力传感器并与对应上施压板相抵接。

进一步的，所述龙门架的两侧竖向立柱上沿水平安装有驱动端朝向实验箱体左、右侧面的侧施压缸，侧施压缸驱动端连接有侧施压头，所述侧施压头内侧连接有压力传感器并与同侧的侧施压板相抵接。

进一步的，所述实验箱体的左、右侧壁板采用钢板并且开设有供侧施压头穿过的窗口；所述钢化玻璃板上开设有用以布置检测设备的安装孔。

进一步的，实验箱体的左、右侧壁板下端外侧焊接有固定板，固定板通过螺栓连接于底板上，所述底板上开设有用以安装螺栓并与螺栓滑动配合的T型槽。

进一步的，所述实验箱体左、右侧壁板之间连接有位于实验箱体前、后侧的限位横杆，相邻两钢化玻璃板之间通过两侧具有安装槽道的工字型连接件连接在一起，钢化玻璃板与实验箱体的左、右侧壁板之间通过具有安装槽道的U型连接件连接在一起，U型连接件通过螺钉固定连接于实验箱体的侧壁板上，钢化玻璃板侧边滑动安装工字型连接件或者U型连接件的安装槽道中。

进一步的，所述实验箱体左、右侧壁板通过螺栓固定连接于底板上，所述底板通过螺栓固定连接于其下方的升降平台上。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型矿山采场充填体模拟实验装置使用方便，易于操作，实用性强，便于清晰的观测和监测到采场及充填体受力情况及裂缝裂隙的扩展变化情况，可以模拟分析采场开挖、充填过程及过程中顶板及充填体的受力状况，极大的还原了真实的开采过程，为现场采用支护和填充工艺的改进提供依据，工作人员也可以对矿山的开采和填充过程有直观的了解，解决了金属矿山深部作业情况下，采场及充填体稳定性检测困难的问题。

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型实施例正视图；

图2是本实用新型实施例中实验箱体正视图；

图3是本实用新型实施例中实验箱体俯视图；

图中标号说明：100-底板、110-T型槽、200-实验箱体、210-钢化玻璃板、220-上施压板、230-侧施压板、240-限位横杆、250-工字型连接件、260-U型连接件、270-固定板、300-龙门架、310-上施压缸、311-上施压头、320-侧施压缸、321-侧施压头、400-升降平台。

具体实施方式

如图1~3所示，一种矿山采场充填体模拟实验装置，包括底板100，所述底板100上设置有用以填充模拟材料的实验箱体200，所述实验箱体200前、后侧壁均由多块可拆卸的透明钢化玻璃板210拼装而成；实验箱体200上侧设置有多块与前、后侧壁上钢化玻璃板位置一一对应的上施压板220，实验箱体200左、右侧壁板内侧分别设置有侧施压板230；该实验装置主要用于模拟矿山隔三采一的情况，用混凝土和其它类岩材料按相应配比作为模拟材料来模拟围岩或者矿石，用石膏或者其他断层充填料来模拟对采场有影响的断层或裂隙，还原矿山真实的工作状态，研究矿柱及充填体的受力状况；实验箱体内的模拟采场划分为矿房和矿柱，实验箱体前、后侧壁上的每块钢化玻璃板对应一个矿房区域或矿柱区域，实验箱体前、后侧壁上的钢化玻璃板数量以及上施压板的数量可以根据所划分的矿房和矿柱的数量进行调整，通过上施压板来模拟真实的变力，调节上施压板的压力大小来模拟不同深度的采场，两侧用侧施压板约束固定并提供侧向力，真实的模拟采场的受力状态，可以真实的还原采场开采及填充过程的状态。

实验箱体的前、后侧壁采用可拆卸的透明钢化玻璃板，方便外部进行实验过程的观察，与所要开采矿房或者矿柱对应的透明钢化玻璃板能够拆下，便于对矿房或者矿柱内的模拟材料掏出来模拟开采过程。

在本实施例中，所述底板100上固定连接有龙门架300，所述实验箱体200位于龙门架300中间，所述龙门架的横梁上安装有多个垂下的并与上施压板一一对应的上施压缸310，上施压缸310下端连接有上施压头311，所述上施压头311下端连接有压力传感器并与对应上施压板相抵接。

在本实施例中，所述龙门架300的两侧竖向立柱上沿水平安装有驱动端朝向实验箱体左、右侧面的侧施压缸320，侧施压缸320驱动端连接有侧施压头321，所述侧施压头321内侧连接有压力传感器并与同侧的侧施压板相抵接；上施压缸和侧施压缸均采用液压缸，每个上施压头和侧施压头都配备有独立的压力传感器，每个施压气缸、压头和对应的压力传感器组成独立的控制单元，能够控制对应区域的压力大小。

在本实施例中，所述实验箱体200的左、右侧壁板采用钢板并且开设有供侧施压头穿过的窗口；所述钢化玻璃板上开设有用以布置检测设备的安装孔，检测设备包括应力应变传感器、声发射探头，其中应力应变传感器埋在充填体中，其信号线从安装孔穿出，而声发射探头则是安装在安装孔处；所述底板上留有排水孔，使得充填浆液中水分可以很快的流出，充填浆液可以在通过采场顶板上开设注浆孔进行注浆。

在本实施例中，实验箱体的左、右侧壁板下端外侧焊接有固定板270，固定板通过螺栓连接于底板上，所述底板上开设有用以安装螺栓并与螺栓滑动配合的T型槽110，螺栓的头部卡在T型槽内，螺栓的杆部向上穿出T型槽和固定板270后由螺母锁紧，由此，拧松螺母时，可以实现左右移动调节固定板及左、右侧壁板，调整左、右侧壁板的位置，进而调节整个实验箱体的长度，可以真实模拟不同大小的采场，对模拟不同情况的采场比较方便。

在本实施例中，所述实验箱体左、右侧壁板之间连接有位于实验箱体前、后侧的限位横杆，相邻两钢化玻璃板之间通过两侧具有安装槽道的工字型连接件250连接在一起，钢化玻璃板与实验箱体的左、右侧壁板之间通过具有安装槽道的U型连接件260连接在一起，U型连接件通过螺钉固定连接于实验箱体的侧壁板上，钢化玻璃板侧边滑动安装工字型连接件或者U型连接件的安装槽道中；钢化玻璃板的拆装方便，易于操作，安装时直接将其两侧边沿顺着两侧安装槽道滑入即可，拆卸时，直接将钢护玻璃板向上抽拉出即可；通过工字型连接件250实现了钢化玻璃板之间的拼接，通过U型连接件实现了钢化玻璃板与实验箱体的左、右侧壁板之间的连接，在调节整个实验箱体的长度时，可以增加或减少所拼接的钢护玻璃板的数量。

在本实施例中，为了保证钢化玻璃板拼接形成的实验箱体200前、后侧壁的稳定性，所述实验箱体200左、右侧壁板之间连接有位于实验箱体前、后侧的限位横杆240，所述工字型连接件和U型连接件位于限位横杆内侧，以避免实验箱体200前、后侧壁受到内部填充材料的挤压而向外变形；限位横杆两端通过螺钉固定连接于实验箱体的左、右侧壁板侧边，调节整个实验箱体的长度，只需要更换不同长度规格的限位横杆即可。

在本实施例中，所述实验箱体200左、右侧壁板通过螺栓固定连接于底板100上，所述底板100通过螺栓固定连接于其下方的升降平台400上，通过升降平台升降，可以调整整个实验箱体的高度。

本实用新型矿山采场充填体模拟实验装置，解决了金属矿山深部作业情况下，采场及充填体稳定性检测困难的问题，上施压头可以真实模拟采场顶板的受力情况，压头所提供压力大小可以根据不同埋藏深度进行调节；设备前、后侧均为透明结构，可以清晰的观测到采场及充填体受力情况，通过外部摄像装置可以及时监测采场及充填体受力及裂缝裂隙的扩展变化情况，通过压力传感器可以实时监测充填体、采场顶板及所留矿柱受力强度；可以重现采场开挖、充填过程及过程中顶板及充填体的受力状况，极大的还原了真实的开采过程，为现场采用支护和填充工艺的改进提供依据，工作人员也可以对矿山的开采和填充过程有直观的了解。

本实用新型采场充填体模拟实验装置的实验过程：（1）用混凝土和其它类岩材料按相应配比作为模拟材料来模拟围岩或者矿石；根据实际工程地质条件，确定对采场影响有影响的断层和裂隙，断层和裂隙通过断层充填料来模拟；（2）根据实际工程地质条件，计算矿体埋藏深度及上部所承受的压力大小，通过地应力测量的方法来确定测压的大小；（3）根据所确定的测力大小，对上施压缸及侧施压缸进行压力设置；（4）对实验箱体中所模拟的采场进行同比例划分矿房和矿柱，根据实际的工作顺序，对划分好的矿房和矿柱进行逐步开挖、充填；可以通过高速相机来直接对整个实验进行录像观察，用于后期实验结果整理提供参考数据。

上述步骤（4）中，开挖、充填过程是将所要开挖的矿房或矿柱对应位置的实验箱体前侧或后侧上的钢化玻璃板取下，然后进行开挖，并在开挖过程中在不同地点预先埋设应力应变传感器；开挖完成后，装上取下的钢化玻璃板，然后对采空区注入充填浆液进行充填，待充填浆液固化后，在充填体前、后侧的钢化玻璃板上安装声发射探头。

上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本实用新型的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本实用新型创造保护范围的限制。

本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种矿山采场充填体模拟实验装置，其特征在于：包括底板，所述底板上设置有用以填充模拟材料的实验箱体，所述实验箱体前、后侧壁均由多块可拆卸的透明钢化玻璃板拼装而成；实验箱体上侧设置有多块与前、后侧壁上钢化玻璃板位置一一对应的上施压板，实验箱体左、右侧壁板内侧分别设置有侧施压板。

2.根据权利要求1所述的采场充填体模拟实验装置，其特征在于：所述底板上固定连接有龙门架，所述实验箱体位于龙门架中间，所述龙门架的横梁上安装有多个垂下的并与上施压板一一对应的上施压缸，上施压缸下端连接有上施压头，所述上施压头下端连接有压力传感器并与对应上施压板相抵接。

3.根据权利要求2所述的采场充填体模拟实验装置，其特征在于：所述龙门架的两侧竖向立柱上沿水平安装有驱动端朝向实验箱体左、右侧面的侧施压缸，侧施压缸驱动端连接有侧施压头，所述侧施压头内侧连接有压力传感器并与同侧的侧施压板相抵接。

4.根据权利要求3所述的采场充填体模拟实验装置，其特征在于：所述实验箱体的左、右侧壁板采用钢板并且开设有供侧施压头穿过的窗口；所述钢化玻璃板上开设有用以布置检测设备的安装孔；实验箱体的左、右侧壁板下端外侧焊接有固定板，固定板通过螺栓连接于底板上，所述底板上开设有用以安装螺栓并与螺栓滑动配合的T型槽。

5.根据权利要求1所述的采场充填体模拟实验装置，其特征在于：所述实验箱体左、右侧壁板之间连接有位于实验箱体前、后侧的限位横杆，相邻两钢化玻璃板之间通过两侧具有安装槽道的工字型连接件连接在一起，钢化玻璃板与实验箱体的左、右侧壁板之间通过具有安装槽道的U型连接件连接在一起，U型连接件通过螺钉固定连接于实验箱体的侧壁板上，钢化玻璃板侧边滑动安装工字型连接件或者U型连接件的安装槽道中。

6.根据权利要求1所述的采场充填体模拟实验装置，其特征在于：所述实验箱体左、右侧壁板通过螺栓固定连接于底板上，所述底板通过螺栓固定连接于其下方的升降平台上。

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