崩落法回采倾斜的中厚、厚矿体的实验仪器及实验方法与流程

本发明提供了一种崩落法回采倾斜的中厚、厚矿体的实验仪器及其实验方法，涉及崩落法仿真实验
技术领域：
。具体提供一种针对“倾斜、急倾斜的中等厚度矿体和厚矿体的采矿过程”进行仿真模拟的实验仪器及实验方法。
背景技术：
：崩落采矿法是一种低成本、高效率的大规模采矿方法。其特征在于：是以整个矿块作为一个回采单元，按照一定的回采顺序，连续进行回采；在回采过程中，矿石是在覆盖岩下放矿；随着崩落矿石，强制(或自然)崩落围岩充填采空区，以控制和管理地压。对于崩落法采矿，通常使用仿真模拟装置，设计出最优的采矿方式。目前的仿真装置，结构比较简单，功能单一，不能有效的模拟出矿山现场的采矿作业，尤其是对倾斜、急倾斜(中厚)矿体采矿过程的仿真模拟，不能对采矿作业做出有效的指导。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是为提高仿真装置的仿真效果，更好的指导采矿作业，提供一种崩落法回采倾斜的中厚、厚矿体的实验仪器及其实验方法。为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案为，崩落法回采倾斜的中厚、厚矿体的实验仪器，包括实验架及箱体，箱体安装在实验架上，所述实验架包括实验架体、架体厚度扩展板、矿石模拟进路，所述箱体包括面板及侧板，所述矿石模拟进路安装在箱体内且延伸至箱体表面的出矿口。作为一种改进的方案，所述面板包括有机玻璃面板及步距背板，所述侧板包括活动侧板、固定侧板、步距分割板，有机玻璃面板安装在架体厚度扩展板上，步距背板安装在实验架体上，步距背板上设有步距分割板抽出通槽，步距分割板抽出通槽数量为3个以上，步距分割板抽出通槽设置在箱体的下半部分，所有的步距分割板抽出通槽均相对竖直方向倾斜设置且倾斜方向一致，固定侧板安装在实验架体的一端，出矿口设置在固定侧板上，活动侧板通过活动侧板支架安装在实验架体的另一端。对应的实验方法包括以下步骤：步骤1将架体厚度扩展板用螺栓安装在实验架体上；步骤2在实验架体正面安装有机玻璃面板，在实验架体背面安装步距背板，在实验箱内安装活动侧板支架；步骤3在步距背板的步距分割板抽出通槽内插入步距分割板，步骤4在出矿口内插入矿石模拟进路；步骤5向实验箱装填实验材料，分为模拟矿石材料和模拟废石材料，在装填过程中逐层布置标志颗粒；步骤6装填完成后，抽出相应的步距分割板模拟爆破作业；步骤7用出矿铲插入模拟进路将模拟矿石材料和模拟废石材料从模型中铲出；步骤8使用电子称称量每次铲出的模拟矿石材料和模拟废石材料的质量，并记录标志颗粒的标记值；步骤9当出现连续3次模拟矿石材料和模拟废石材料的质量比达到或超过指定数值时，即停止出矿口出矿；步骤10通过统计的数据，计算矿石的回收率和贫化率，并回收标志颗粒的方法求得放出体的近似形态。作为另一种改进的方案，所述面板包括有机玻璃板、金属模板、出矿口模板，箱体的一侧为金属模板，另一侧为有机玻璃板及出矿口模板，出矿口模板安装在有机玻璃板下方，侧板两侧均为固定侧板，或侧板一侧为固定侧板，侧板另一侧为通过活动侧板支架安装的活动侧板。对应的实验方法包括以下步骤：步骤1将架体厚度扩展板用螺栓安装在实验架体上；步骤2在实验架体正面安装有机玻璃板和出矿口模板；步骤3在实验架体背面安装金属模板；步骤4在出矿口内插入模拟进路；步骤5向实验箱装填实验材料，分为模拟矿石材料和模拟废石材料，在装填过程中逐层布置标志颗粒；步骤6用出矿铲插入相应的模拟进路，将模拟矿石材料和模拟废石材料从模型中铲出；步骤7使用电子称称量每次铲出的模拟矿石材料和模拟废石材料的质量，分别记录；并记录标志颗粒的标记值；步骤8当某个放矿口出现连续3次模拟矿石材料和模拟废石材料的质量比达到或超过指定数值时，即停止在该出矿口出矿；步骤9通过统计的数据，计算矿石的回收率和贫化率，并回收标志颗粒的方法求得放出体的近似形态。作为第三种改进的方案，所述侧板包括相对设置的固定侧板、活动侧板，固定侧板安装在实验架体上，所述面板包括步距分隔辅助背板、出矿面板、步距分割板，活动侧板通过通丝螺杆固定步距分隔辅助背板与出矿面板之间，固定侧板及活动侧板上设有相互对应的步距分割板抽出通槽，步距分割板抽出通槽在高度方向上分层设置，每层的步距分割板抽出通槽数量为两个以上，每层的步距分割板抽出通槽均相对竖直方向倾斜设置且倾斜方向相同，在出矿面板上对应每层的步距分割板抽出通槽均设置出矿口。对应的实验方法包括以下步骤：步骤1将架体厚度扩展板用螺栓安装在实验架体上；步骤2在实验架体正面安装出矿面板，在实验架体背面安装步距分割板抽出辅助背板、金属模板和木质模板；步骤3在实验箱的出矿面板和木质模板之间用通丝螺杆进行连接和紧固；步骤4将活动侧面板插入通丝螺杆之间固定；步骤5安装固定侧面板；步骤6将相应的步距分割板通过活动侧面板上的步距分割板抽出通槽，插入固定侧板上相应的步距分割板抽出通槽内；步骤7在出矿口内插入模拟进路；步骤8向实验箱装填实验材料，分为模拟矿石材料和模拟废石材料，不同分层的模拟废石材料的颜色不同，在装填过程中逐层布置标志颗粒；步骤9装填完成后，抽出相应的步距分割板模拟爆破作业；步骤10用出矿铲插入相应分层的模拟进路，将模拟矿石材料和模拟废石材料从模型中铲出；步骤11使用电子称称量每次铲出的模拟矿石材料和模拟废石材料的质量，分别记录；并记录标志颗粒的标记值；步骤12当某个放矿口出现连续3次模拟矿石材料和模拟废石材料的质量比达到或超过指定数值时，即停止在该出矿口出矿；步骤13通过统计的数据，计算矿石的回收率和贫化率，并回收标志颗粒的方法求得放出体的近似形态。本发明的上述技术方案的有益效果如下：本发明的装置包括实验架和放矿实验箱，实验箱正面和侧面设置有出矿口。实验箱的出矿步距、出矿进路间距、分段高度和端壁倾角角度都可以调整。其使用方法包括进行崩落法回采平面物理仿真放矿实验、崩落法回采立体物理仿真放矿实验以及矿石贫化机理研究物理仿真实验，通过调整端壁倾角角度、出矿步距、出矿进路间距以及分段高度可以模拟出矿山现场的采矿作业，获得最优的回采参数，并设计出最优的采矿方式。本发明可以实现倾斜、急倾斜(中厚)矿体采矿过程的仿真模拟，为类似矿体赋存条件的矿山高效、经济地开采矿物资源提供了技术支持。附图说明图1是实施例1实验仪器的正视图；图2是实施例1实验仪器的侧视图；图3是实施例2实验仪器的正视图；图4是实施例2实验仪器的侧视图；图5是实施例2实验仪器的俯视图；图6是实施例2实验仪器的辅助背板的原理图；图7是实施例3实验仪器的正视图；图8是实施例3实验仪器的侧视图；图9是实施例3实验仪器的架体厚度扩展板的示意图；图10是实施例3实验仪器的俯视图；图11是实施例4实验仪器的正视图；图12是实施例4实验仪器的侧视图；图13是实施例4实验仪器的俯视图；图14是实施例4实验仪器的出矿面板和侧板的布置示意图；图15是实施例4实验仪器的透视图。[主要元件符号说明]11、金属模板，12、步距背板，13、活动侧板支架，14、步距分割板抽出通槽，15、有机玻璃面板，16、架体厚度扩展板，17、步距分割板，18、出矿口，19、木质模板；21、金属模板，22、出矿口，23、有机玻璃面板，24、架体厚度扩展板，25、金属模板，26、木质模板，27、出矿口模板；31、金属模板，32、出矿面板，33、通丝螺杆，34、架体厚度扩展板，35、木制模板，36、步距分割板抽出辅助背板，37、固定侧面板，38、活动侧面板，39、步距分割板，40、出矿口，41、步距分割板抽出通槽，42、实验架体，43、模拟进路。具体实施方式为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。实施例1本实施例提供的是单体模型，如图1、图2所示，可扩展的实验架主要由实验架体、出矿口模板、金属模板、木质模板、架体厚度扩展板、活动侧板支架和模拟进路组成。在无底柱分段崩落采矿法中，通常把出矿巷道称为“进路”，“模拟进路”是一根断面为方形的钢管，用于在实验中模拟出矿进路(即出矿巷道)。实验架高1900mm，宽1700mm，底座厚度为1000mm，架体厚度140mm。为保证模型充填密度并避免侧凸等变形，实验架分别采用10号槽钢作为模板(正面和背面)；为保证放矿实验箱的安装和放矿分段高度调整的需要，实验架应用木板作为部分模板；为保证能够抽出步距分割板，实验架采用木板作为步距分割板抽出辅助背板。表1为实验架主要部件表。表1序号设备名称材料属性设备类别1实验架体金属实验架部件2金属模板金属实验架部件3木质模板木材实验架部件4架体厚度扩展板木材实验架部件5模拟进路金属实验架部件6活动侧板支架木材实验架部件实施例2纵平面模型放矿实验箱如图3至图6所示，图中包括金属模板11、步距背板12、活动侧板支架13、步距分割板抽出通槽14、有机玻璃面板15、架体厚度扩展板16、步距分割板17、出矿口18、木质模板19。纵平面模型放矿实验箱主要由实验架体、有机玻璃面板15、步距背板12、活动侧板支架13构成的箱体。有机玻璃面板15固定于实验箱正面；箱体的一侧由开有矩形开口在实验架体构成，活动侧板支架13安装和固定在箱体的另一侧，且活动侧面支架13与实验架体侧面板相互平行设置。步距背板12上设置有步距分割板抽出通槽14，步距分割板17能从放矿实验箱后侧抽出。纵平面模型放矿实验箱包括若干组步距背板12，以适应不同的分段高度、出矿进路间距和端壁倾角。表2是纵平面模型放矿实验箱主要部件表。表2工作过程如下：(1)将“架体厚度扩展板”用螺栓安装在“实验架体”上。(2)在“实验架体”正面安装“有机玻璃板”，在“实验架体”背面安装“步距背板”，在实验箱内安装“活动侧板支架”。(3)在“步距背板”的“步距分割板抽出通槽”内插入“步距分割板”。(4)在“出矿口”内插入“模拟进路”。(5)向实验箱装填实验材料，分为模拟矿石材料和模拟废石材料，在装填过程中逐层布置标志颗粒。(6)装填完成后，抽出相应的“步距分割板”模拟爆破作业。(7)用“出矿铲”插入“模拟进路”将模拟矿石材料和模拟废石材料从模型中铲出。(8)使用电子称称量每次铲出的模拟矿石材料和模拟废石材料的质量，并记录标志颗粒的标记值。(9)当出现连续3次模拟矿石材料和模拟废石材料的质量比达到或超过指定数值时，即停止出矿口出矿。(10)按照实验方案，本实验箱可以进行单分段、多步距的放矿物理模拟实验。(11)通过统计的数据，计算矿石的回收率和贫化率，并回收标志颗粒的方法求得放出体的近似形态。实施例3横平面模型放矿实验箱：如图7至图10所示，图中包括：金属模板21、出矿口22、有机玻璃面板23、架体厚度扩展板24、金属模板25、木质模板26、出矿口模板27横平面模型放矿实验箱主要由实验架体、有机玻璃面板23、金属模板25、出矿口模板27、架体厚度扩展板24构成的箱体。出矿口模板27固定于实验箱正面下部，有机玻璃面板23固定于其上；箱体的两侧均由实验架架体构成，或一侧由开实验架架体构成，活动侧板支架安装和固定在箱体的另一侧，且活动侧面支架与实验架体侧面板相互平行设置。表3为横平面模型放矿实验箱主要部件表。表3工作过程如下：(1)将“架体厚度扩展板”用螺栓安装在“实验架体”上。(2)在“实验架体”正面安装“有机玻璃板”和“出矿模板”。(3)在“实验架体”背面安装“金属模板”。(4)在“出矿口”内插入“模拟进路”。(5)向实验箱装填实验材料，分为模拟矿石材料和模拟废石材料，在装填过程中逐层布置标志颗粒。(6)用“出矿铲”插入相应的“模拟进路”将模拟矿石材料和模拟废石材料从模型中铲出。(7)使用电子称称量每次铲出的模拟矿石材料和模拟废石材料的质量，分别记录；并记录标志颗粒的标记值。(8)当某个放矿口出现连续3次模拟矿石材料和模拟废石材料的质量比达到或超过指定数值时，即停止在该出矿口出矿。(9)按照实验方案，本实验箱可以进行单分段(高分段)、单步距的放矿物理模拟实验。(10)通过统计的数据，计算矿石的回收率和贫化率，并回收标志颗粒的方法求得放出体的近似形态。实施例4立体模型放矿实验箱：如图11至图15所示，图中包括金属模板31、出矿面板32、通丝螺杆33、架体厚度扩展板34、木制模板35、步距分割板抽出辅助背板36、固定侧面板37、活动侧面板38、步距分割板39、出矿口40、步距分割板抽出通槽41、实验架体42、模拟进路43。横平面模型放矿实验箱是由实验架体42、出矿面板32、金属模板31、步距分割板抽出辅助背板36、活动侧面板38、固定侧面板37构成的箱体。表4为立体模型放矿实验箱主要部件表。表4出矿面板32固定于实验箱正面；活动侧板38和固定侧板37分别安装和固定在箱体的两侧，且活动侧面板38与固定侧面板37相互平行设置。放矿实验箱包括若干组活动侧板38和出矿面板32，以适应不同的分段高度、出矿进路间距和端壁倾角。在放矿实验箱的步距分割板沿宽度方向中心线水平高度相近的位置安装步距分割板抽出辅助背板36。在左侧面板上设置有步距分割板抽出通槽41，步距分割板39能从放矿实验箱(料箱)的侧方抽出。工作过程如下：(1)将“架体厚度扩展板”用螺栓安装在“实验架体”上；(2)在“实验架体”正面安装“出矿面板”，在“实验架体”背面安装“步距分割板抽出辅助背板”、“金属模板”和“木质模板”。(3)在实验箱的“出矿面板”和“木质模板”之间用“通丝螺杆”进行连接和紧固。(4)将“活动侧面板”插入“通丝螺杆”之间固定。(5)安装“固定侧面板”。(6)将相应的“步距分割板”通过“活动侧面板”上的“步距分割板抽出通槽”，插入“固定侧板”上相应的“步距分割板抽出通槽”内。(7)在“出矿口”内插入“模拟进路”。(8)向实验箱装填实验材料，分为模拟矿石材料和模拟废石材料，不同分层的模拟废石材料的颜色不同，在装填过程中逐层布置标志颗粒。(9)装填完成后，抽出相应的“步距分割板”模拟爆破作业。(10)用“出矿铲”插入相应分层的“模拟进路”将模拟矿石材料和模拟废石材料从模型中铲出。(11)使用电子称称量每次铲出的模拟矿石材料和模拟废石材料的质量，分别记录；并记录标志颗粒的标记值。(12)当某个放矿口出现连续3次模拟矿石材料和模拟废石材料的质量比达到或超过指定数值时，即停止在该出矿口出矿。(13)按照实验方案，本实验箱可以进行多分段、多步距的放矿物理模拟实验。(14)通过统计的数据，计算矿石的回收率和贫化率，并回收标志颗粒的方法求得放出体的近似形态。优选的，上述实施例中，可以将在实验架的正面(出矿口模板)和实验架的侧方(架体侧面矩形开口)设置出矿巷。活动侧面板分别通过出矿面板、木质模板上与之相对应通丝螺杆固定。活动侧面板分别设置若干组，每组的步距分割板抽出通槽的倾斜度和间距不同。步距分割板的制作。所述步距分割板由1mm厚的马口铁板制成，其面积形状与崩落矿层的面积形状一致。步距分割板既要保证厚度小，又要具有一定的抗弯强度不易变形。在步距分割板沿宽度方向的中心线上每间隔20cm钻出一个直径2.0cm的圆孔。步距分割板分别设置若干组，每组的步距分割板的形状和尺寸不同。步距分割板包括各组步距分割板分别能与不同端壁倾斜角度和不同分段高度的放矿实验箱活动侧面板对应配合。步距分割板抽出辅助背板的制作与安装。步距分割板抽出辅助背板由木板制成，间隔5cm钻出一个直径2.0cm的圆孔。在放矿实验箱的步距分割板沿宽度方向中心线水平高度相近的位置安装步距分割板抽出辅助背板。步距分割板的抽出过程。拔出步距分割板时，使用一根直径1.6cm的通丝螺杆，首先插入步距分割板中圆孔，再插入步距分割板抽出辅助背板的相应孔内，实验人员推动通丝螺杆使步距分割板从实验箱内抽出。抽出20cm后，将通丝螺杆插入步距分割板的下一个孔内，重复上述步骤，直至步距分割板完全抽出。本设计适用于小实验空间内设置和抽出步距分割板。本发明设备的测试原理如下：本发明设备属于放矿物理模拟实验法，应用于崩落采场放矿的物理模拟实验中。实验目的是：经过物理模拟实验掌握某一采矿法方案的放矿规律后，取得的实验结果可以由现场实验加以验证，从而改进矿山工程实践中的放矿工作，获得更高矿石回收率，使矿山企业获得更高的经济效益。国内外广泛利用物理模型放矿实验比较和选择采矿法的结构参数和放矿制度，预报崩落采场放矿的损失和贫化指标。(1)放矿物理模拟实验法在与现场放矿系统几何和力学相似的模型上，使模型放矿过程与现场放矿过程达到近似物理相似的实验室实验，叫做放矿物理模拟实验。用这种方法可以研究崩落矿岩在放矿过程中的运动规律、崩落矿石在放矿过程中的损失和贫化、放矿过程中采场底柱上压力显现规律、以及优选和改进采矿方法结构参数和放矿制度等问题。在模型中用模拟崩落矿岩的松散物料进行放矿试验，叫做重力放矿实验。根据研究问题性质不同，放矿模型分为单体模型、平面模型和立体模型三种，本发明设备可以模拟这三种模型。①单体模型下部只有一个放矿口。它研究单一放矿口放矿时松散物料的运动规律、放出体参数及发育过程、矿石损失和贫化发生的机理等问题。这种模型主要研究放矿基本理论和为其它模型试验提供原始资料。它的模拟范围小，可用较大的模拟比，多次重复试验，取得比较精确的数据。在模型料箱上装透明玻璃壁，可观察放出体各剖面上的变化。②平面模型正面亦装有透明玻璃壁，下部有一列放矿口。透明玻璃壁一般是沿采场放矿口、回采进路放矿口中心或侧壁的一个切面布置。用这种模型可以研究多放出口放矿时沿放出口中心或侧壁切面上松散物料的运动规律以及矿石损失和贫化的问题。放矿试验时，直接通过透明玻璃壁观察、描绘或摄影记录标志颗粒或标志层的运动过程。本发明设备中纵平面模型放矿实验箱和横平面模型放矿实验箱即为平面模型。③立体模型是按模拟采场参数将料箱加厚。这类模型模拟整个或部分采场的放矿过程，研究整个或部分采场在不同放矿制度下的各种放矿问题。它能取得整个采场的损失和贫化综合指标。本发明中立体模型放矿实验箱即为立体模型。(2)物理模拟放矿实验的相似条件在实验室进行重力放矿实验，都应满足模型与实物的几何相似和影响试验结果的主要物理量的物理相似。只有这样，才能把现场放矿过程按一定比例缩小，在实验室内进行研究，然后将研究结果按同样比例放大，得到现场放矿过程。物理相似模拟实验应满足模型与实物的几何相似和影响实验结果的主要物理量的物理相似。根据相似理论，如果现场生产和实验室模型模拟生产两个系统相似，应满足下列条件：相似常数相等，相似指示数等于1或相似判据等于一个定数，起始条件和边界条件相似。对于采矿工程这类复杂的工程系统要求遵守所有相似条件是困难的，因此一般采用近似相似的方法，尽量满足起主要作用的物理量相似，以使实验结果与生产实际没有本质的差别。①松散材料的相似可以应用与现场崩落矿岩近似的别的松散材料做模拟松散材料，同时满足内摩擦角相等、几何相似两个条件，达到重力放矿模型试验的近似相似，用以研究各种放矿问题。模型和实物的松散系数可能不同，在利用放出松散材料重量换算放出体积时要特别注意。②爆破的模拟(本发明设备中的“步距分割板”)模型试验中，常用抽板法模拟爆破。现场爆破后，散体密度变大，而模型抽板后散体密度变小。为了减少这个影响，步距分割板应尽量薄，抽板前向出矿巷道端部填入部分松散材料。③模型尺寸的模拟模型边界对放出体发育影响的问题。放矿模型的尺寸，应满足边界条件相似的要求，使放矿试验结果不产生大的偏差。模型高度不足，不能模拟全部覆盖围岩厚度时，应注意在实验过程中补充覆盖围岩，使之不影响试验结果。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12