模拟砥柱式缓冲分流的溜井溜矿的实验装置的制作方法

本实用新型涉及溜井实验模拟领域，具体地涉及一种模拟砥柱式缓冲分流的溜井溜矿的实验装置。

背景技术：

矿山溜井是矿山开拓系统的重要工程之一，对于矿山的正常生产有着直接的影响。而矿山中的溜井长时间运作时非贮矿段会发生坍塌，其原因有岩性条件影响溜井的稳定、群井联动破坏效应、卸矿时的冲击荷载和支护强度等方面。由于溜井的破坏率高，而且会给矿山带来巨大的经济损失。所以寻求解决溜井破坏问题的方法，对矿山的安全正常生产有着重要的意义。

为了解决卸矿时矿石的折线运动对溜井的井壁产生强烈的冲击磨损而导致岩石的失稳破坏的问题，首次提出一种新型砥柱式缓冲分流溜井口卸矿结构，实现主溜井井口中心卸矿模式的装置，使得矿石不会再与溜井的井壁碰撞，解决矿石对主溜井井壁冲击而破坏的问题。

砥柱式分流卸矿对于解决卸矿时矿石冲击井壁造成的破坏问题的原理主要体现在：

1、矿石在进入溜井后，撞击在砥柱上，粉矿会停留在砥柱上面，然后不断堆积直到形成一个天然休止角，通过砥柱的缓冲分流后流入下面的硐室，在硐室的两侧堆积，再堆积到一定的数量后形成一个天然休止角，随后矿石继续向主溜井运动，此时两边的矿石在进入主溜井时会发生相互的碰撞，水平方向的速度相互抵消，使得矿石垂直下落至主溜井内。有效的减少了矿石对井壁的冲击造成的破坏。

2、砥柱的位置由于靠近溜井的井口，所以当矿石冲击在砥柱上时，由于此时的矿石才刚进入溜井，做加速度的时间比较短，还没有形成较大的速度，此时的动能比较小，且其上粉矿有缓冲作用，冲击在砥柱上对砥柱形成的破坏比较小，所以砥柱可以长时间的使用。

目前国内外对溜井的加固技术、堵塞处理、破坏原因、井壁检测以及矿石在溜井内的转移特性等方面进行着广泛地研究。而这些研究，都需要通过实验来验证，但是现场试验因成本高、操作困难等因素而很难实现，采取室内模拟实验可以大幅度的节约成本，而且可以不断的改进方案，根据数据不断做出调整，使得方案变得更完美。

2014年刘艳章等人设计了一种模拟溜井溜矿的实验装置，通过控制矿石进入溜井的初速度和角度来模拟溜井在受到矿石冲击时所受的损害，而对于砥柱式缓冲分流的溜井溜矿，尚没有专用的实验装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决目前缺乏砥柱式缓冲分流的溜井溜矿专用的实验装置的问题，提供一种模拟砥柱式缓冲分流的溜井溜矿的实验装置，该实验装置可以通过实验对砥柱式缓冲分流的卸矿进行模拟，有效的发现并解决其中的不足之处。

为达到上述目的，本实用新型提供一种模拟砥柱式缓冲分流的溜井溜矿的实验装置，包括从上到下依次设置的卸矿模型装置、上部溜井模型适配装置和下部溜井模型适配装置。

所述卸矿模型装置设有卸矿斗，所述上部溜井模型适配装置的中部设有上部溜井及硐室模型，所述上部溜井及硐室模型位于所述卸矿斗的正下方，所述下部溜井模型适配装置设有下部溜井模型，其井口位于所述上部溜井及硐室模型出口的正下方。

优选地，所述卸矿模型装置还包括上部框架、顶部圈梁、上部圈梁、上部横梁、转轴、限位杆、控制格筛层；所述上部框架为矩形框架；所述顶部圈梁布置在框架的两个相对面上，位于所述上部框架下部；所述上部圈梁布置在另外两个面上，水平位置位于所述顶部圈梁下方；所述转轴可旋转地固定在所述上部框架的两端，所述卸矿斗固定在所述转轴上；所述限位杆位于所述卸矿斗下方，连接于所述顶部圈梁之间，所述上部横梁对称的布置在上部圈梁上；所述控制格筛层位于上部横梁上。

优选地，所述上部溜井模型适配装置还包括中部框架、中部横梁、中部固定装置和中部框架连接块；所述中部横梁平行固定在所述中部框架上的对称位置，方向与所述上部横梁一致；所述中部框架与所述上部框架连接为一个整体；所述中部框架的四个角分别固定所述中部框架连接块，所述中部框架连接块中间开有中部螺孔；所述上部溜井及硐室模型通过所述中部固定装置固定在中部横梁上。

优选地，所述下部溜井模型适配装置还包括下部框架、下部框架连接块、下部圈梁、下部横梁、底部圈梁、底部挡板和下部固定装置；所述下部框架的四个角分别固定所述下部框架连接块，所述下部框架连接块中间开有下部螺孔；所述下部框架连接块通过所述下部螺孔与所述中部框架连接块上的所述中部螺孔以螺栓连接；所述下部圈梁位于所述下部溜井模型适配装置的中间位置；所述下部横梁平行固定在所述下部圈梁上的对称位置，方向与所述上部横梁一致；所述底部挡板放置在所述底部圈梁上，所述下部溜井模型放置在所述底部挡板上，通过所述下部固定装置固定在所述下部横梁中间。

优选地，所述上部溜井及硐室模型包括上部溜井模型、上硐室模型、分支溜井模型、砥柱模型和下硐室模型；所述砥柱模型放置在所述下硐室模型上，所述分支溜井模型位于所述砥柱模型的两边，所述上硐室模型放在所述砥柱模型上，所述上部溜井模型设置在所述上硐室模型上。

优选地，所述中部固定装置包括中横梁、中竖板和中卡槽；所述中横梁的两端分别与所述中竖板相连接，所述中竖板的下方连接有所述中卡槽，所述中卡槽的宽度刚好可以容纳中部横梁。

优选地，所述下部固定装置包括下横梁、下竖板和下卡槽；所述下横梁的中间与所述下竖板相连接，所述下横梁两端的下方设有下卡槽，所述下卡槽的宽度刚好可以容纳下部横梁。

优选地，所述卸矿斗与所述限位杆接触而停止于44°的卸矿角。

优选地，所述中竖板垂直于所述中横梁，长度为所述上部溜井模型高度的三分之二；所述中卡槽卡在所述中部横梁上，所述中部固定装置可以在中部横梁上移动。

优选地，所述下竖板垂直于所述下横梁；所述下卡槽卡在所述下部横梁上，所述下部固定装置可以在下部横梁上移动。

优选地，所述底部挡板通过卡槽可移动地放置在底部圈梁上，卡槽宽度较所述底部圈梁的宽度大1cm。

优选地，所述下部溜井模型由透明材质制成，可以直接看到矿石由于砥柱的作用后，下落至下部溜井模型时的运动状况。

通过上述技术方案，本实用新型具有以下特点：

①实验装置结构简单。矿石放入卸矿斗里后，转动转轴直到卸矿斗停在限位杆上就完成了卸矿。上部溜井及硐室模型通过固定装置，可以有效的固定在横梁上，而下部溜井模型也是由固定装置和挡板固定，而连接处是通过螺栓连接，易于安装和拆卸。

②实验装置灵活。固定装置和挡板是可以移动的，它通过卡槽架在横梁上，即位置可以随意变化，满足模型处于不同位置时也可以固定模型；而砥柱模型可以更换不同的尺寸，同时更换不同尺寸的分支溜井模型。

③实用性强。本实用新型用于模拟砥柱式缓冲分流的溜井溜矿的模型实验，由于溜井是透明材质制作，本实用新型用于模拟砥柱式缓冲分流的溜井溜矿的实验，本实验为研究卸矿结构尺寸及砥柱分流卸矿可行性提供可靠研究。

因此本实用新型具有结构简单、灵活、实用性高、砥柱高度可调等特点。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是卸矿模型装置示意图；

图3是上部溜井模型适配装置示意图；

图4是下部溜井模型适配装置示意图；

图5是上部溜井及硐室模型示意图；

图6是中部固定装置示意图；

图7是下部固定装置示意图。

附图标记说明

1 卸矿模型装置 2 上部溜井模型适配装置

3 下部溜井模型适配装置 11 上部框架

12 顶部圈梁 13 上部圈梁

14 上部横梁 15 转轴

16 卸矿斗 17 限位杆

18 控制格筛层 21 中部框架

22 中部横梁 23 中部固定装置

24 上部溜井及硐室模型 25 中部框架连接块

26 中部螺孔 31 下部框架

32 下部圈梁 33 下部横梁

34 下部固定装置 35 下部溜井模型

36 底部圈梁 37 底部挡板

38 下部框架连接块 39 下部螺孔

231 中横梁 232 中竖板

233 中卡槽 241 上部溜井模型

242 上硐室模型 243 分支溜井模型

244 砥柱模型 245 下硐室模型

341 下横梁 342 下竖板

343 下卡槽

具体实施方式

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是基于附图所示的方位或位置关系，或者是所描述的装置或部件在实际使用状态时的方位或位置关系。

图1所示为本实用新型的一个实施例，包括卸矿模型装置1、上部溜井模型适配装置2下部溜井模型适配装置3。

如图2所示，卸矿模型装置1包括上部框架11、顶部圈梁12、上部圈梁13、上部横梁14、转轴15、卸矿斗16、限位杆17和控制格筛层18。上部框架11为矩形框架，顶部圈梁12布置在框架的两个短边面上，位于上部框架11下部。上部圈梁位于另外两个面上，水平位置低于顶部圈梁12。转轴15可旋转地固定在所述上部框架11的两端，卸矿斗16与转轴15连为一体，限位杆17位于卸矿斗16的下方，固定于顶部圈梁12之间，上部横梁14对称的固定在上部圈梁13上。控制格筛层18位于上部横梁上。卸矿斗16停靠在限位杆17上，与水平面形成44°的卸矿角。控制格筛层18位于卸矿斗16下方，上部溜井模型241的进口上方。

如图3所示，上部溜井模型装置2包括中部框架21、中部横梁22、中部固定装置23、上部溜井及硐室模型24和中部框架连接块25；中部横梁22平行固定在所述中部框架21上的对称位置，方向与所述上部横梁14一致。中部框架21的四个角分别固定有中部框架连接块25，中部框架连接块25中间开有中部螺孔26。上部溜井及硐室模型24通过所述中部固定装置23固定在中部横梁22上。如图5所示，上部溜井及硐室模型24包括上部溜井模型241、砥柱模型244、分支溜井模型243、上硐室模型242、下硐室模型245。其中砥柱模型244放置在下硐室模型245上、分支溜井模型243安放在砥柱模型244两边、上硐室模型242放在砥柱模型244上。如图6所示，中部固定装置23包括中横梁231、中竖板232和中卡槽233。中卡槽233卡在中部横梁22上，中竖板232垂直于中横梁231，长度为上部溜井及硐室模型24高度的三分之二，中竖板232紧贴砥柱模型244，再把中部固定装置23固定住，不使其移动。如果上部溜井及硐室模型24的位置发生变化，中部固定装置23也可以随其移动，可以满足多种情况。

如图4所示，下部溜井模型适配装置3包括下部框架31、下部圈梁32、下部横梁33、下部固定装置34、下部溜井模型35、底部圈梁36、底部挡板37和下部框架连接块38。下部溜井模型35位于下部横梁33之间，置于底部挡板37上，底部挡板37间留空隙让矿石可以通过，下部溜井模型35的中心线与上部溜井模型241的中心线在同一条竖直线上，通过下部固定装置34固定下部溜井模型35。如图7所示，下部固定装置34包括下横梁341、下竖板342和下卡槽343；下横梁341的中间与下竖板342相连接，下横梁341两端的下方设有下卡槽343，下卡槽341的宽度刚好可以容纳下部横梁33。下部固定装置34的位置也可以随着下部溜井模型35的变化而变化。最后用螺栓通过中部螺孔26和下部螺孔39把中部框架21与下部框架31连接在一起。

开始放矿后，矿石先经过控制格筛层18，把粒径较大的矿石排除在外，留下粒径较小的矿石，经过上部溜井模型241进入上硐室模型242，落在砥柱模型244上，不断堆积形成天然休止角，堆积的矿石通过分支溜井模型243从两边落入到下硐室模型245中，在下部硐室模型245的两侧不断堆积，直到无法继续堆积，矿石又从下部硐室模型245中间的孔落入下部溜井模型35中，由于下硐室模型245两边的矿石沿积堆斜向滑下，在落入下部溜井模型35时，会发生碰撞，水平方向的速度相互抵消，从而使得矿石汇聚在一起垂直落入井中，避免了对下部溜井模型35井壁的冲击。下部溜井模型35的透明材质可以方便地观察矿石在下落过程中的运动和撞击过程，通过实验装置的损坏情况可以模拟溜井在实际使用过程中的损害。

砥柱模型244可以更换不同的尺寸，同时更换不同尺寸的分支溜井模型243，可以用来模拟不同尺寸卸矿结构及砥柱分流卸矿可行性。

本实用新型具有结构简单、灵活、实用性高、砥柱高度可调等优点。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，和对各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。