深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置及方法与流程

本发明属于深井开采实验室模拟技术领域，具体涉及一种深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置及方法。

背景技术：

随着矿产资源开发过程节能减排及环保要求日益严格，无废清洁采矿是未来矿业发展的必然趋势，为实现绿色、安全生产，充填技术的应用在资源开发中必不可少。充填采矿法可以将地表堆积废料回填到井下，从而大大提高回采作业安全程度，提高深部资源回收率30％，且解决地表堆积废料造成的环境污染，实现绿色开采。

目前，浅部矿产资源逐渐减少和枯竭，开采深度越来越大，我国面临深部开采的矿山占全国矿山总数的90％。深部开采将面临高地应力、高地温等诸多问题，导致开采难度加大、作业环境恶化、通风降温和生产成本急剧增加，降温系统耗电量约占深井开采总耗电量的25％以上，为深部资源开采提出了严峻挑战，亟待研究高效、节能、安全可靠的矿井降温系统。

将充填采矿法与矿井降温相结合，利用充填体对采场进行降温是一种新颖的矿井降温方式。基于“蓄冷-相变降温充填”思想，将冰粒与充填料浆搅拌制成含冰充填材料进行充填，随着冰的融化，吸收相变潜热，从而实现对临近采场的降温。这种降温方式具有多方面的优势：冰是一种携有高品位冷量的物质，1kg的冰融化可以吸收335kj的热量，相当于8kg的水温度升高10℃吸收的热量，将冰掺入充填体能够实现更高效的降温；冰融化后为水，绿色环保，不会对环境造成污染，而且融化后的水与充填材料中的胶结材料发生水化反应，固结后能保证充填体的强度；与常规井下空调相比，不需要在每个采场布置复杂的空调管线，投资小、施工及管理简洁；充填可使采场原岩暴露面积大大减小，从而降低了原岩的散热面积，因此可以降低原岩的热量散发；充填体能有效地阻止风流渗漏，在一定程度上避免废风串联，从而提高风流的利用率，有效的降低坑内温度。含冰充填体具有降温效率高，绿色环保，经济性高等优点，是高温井下采矿技术发展的趋势。

为了研究含冰充填体在高温深井下的应用，需要先进行理论研究，研究含冰充填料浆充填体的采场降温情况，而在进行理论研究时，还需要进行大量的试验，这些试验，如果每个都放到实际的采场去做，耗费的人力物力高，且试验效率低，因此，如果能有一套深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置，将很好地解决以上问题，但是，现有技术中还缺乏这样的装置。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种设计新颖合理、实现方便且成本低、使用操作方便、使用寿命长、能够很好地用于进行含冰充填料浆均匀充填和深井充填开采的充填体采场降温试验、并用于高温深井地热开采的理论研究、实用性强、使用效果好、便于推广使用的深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置，其特征在于：包括深井模拟机构、含冰充填料浆充填模拟机构和数据采集控制系统，所述深井模拟机构包括立方体框架结构的保温箱体和设置在保温箱体内的上隔板和下隔板，所述保温箱体内位于上隔板上方的区域为未开采岩体层模拟区域，所述未开采岩体层模拟区域内填充有岩体；所述保温箱体内位于上隔板与下隔板之间的区域为采场模拟区域，所述保温箱体内位于下隔板下方的区域为充填体模拟区域，位于未开采岩体层模拟区域的保温箱体为由顶部保温板、左侧保温板、右侧保温板、前侧保温板和后侧保温板构成的底部开口箱体，位于采场模拟区域的保温箱体为由左侧保温板、右侧保温板、前侧保温板和后侧保温板构成的顶部和底部开口箱体，位于采场模拟区域的保温箱体上连接有用于对采场模拟区域内的空气进行调节的采场空气调节系统，位于未开采岩体层模拟区域的保温箱体的顶部保温板内壁上、左侧保温板内壁上、右侧保温板内壁上、前侧保温板内壁上和后侧保温板内壁上均设置有加热腔，位于采场模拟区域的保温箱体的左侧保温板内壁上、右侧保温板内壁上、前侧保温板内壁上和后侧保温板内壁上均设置有加热腔；位于充填体模拟区域的保温箱体为由底部保温板、左侧保温板、右侧保温板和后侧保温板构成的顶部和前侧开口箱体，位于充填体模拟区域的保温箱体的底部保温板内壁上、左侧保温板内壁上、右侧保温板内壁上和后侧保温板内壁上均设置有加热腔，所述加热腔内设置有碳纤维电热板和用于对所述加热腔内的温度进行实时检测的加热腔温度传感器，所述未开采岩体层模拟区域内设置有未开采岩体层传感器安装管，所述采场模拟区域内设置有采场区传感器安装管，所述充填体模拟区域内设置有用于充填含冰充填料浆的抽屉式充填盒，所述抽屉式充填盒内设置有充填区传感器安装管，位于充填体模拟区域的保温箱体的左侧保温板上转动连接有左侧门，位于充填体模拟区域的保温箱体的右侧保温板上转动连接有右侧门；

所述含冰充填料浆充填模拟机构包括料浆搅拌输送模拟机构和下料模拟机构，所述料浆搅拌输送模拟机构包括导轨和在导轨上行走的移动小车台架，所述移动小车台架顶部设置有含冰充填料浆搅拌机，所述含冰充填料浆搅拌机的出料口连接有向下倾斜设置的含冰充填料浆输送管道，所述含冰充填料浆输送管道上设置有料浆输送电磁阀，所述移动小车台架包括用于带动移动小车台架的行走轮沿导轨行走的行走电机；所述下料模拟机构包括流浆漏斗、下料板和固定连接在下料板底面上呈蛇形盘旋布置的齿条，所述流浆漏斗的外壁上固定连接有下料电机，所述下料电机的输出轴上固定连接有与齿条相啮合的齿轮，所述流浆漏斗的底部设置有流浆管，所述流浆管上设置有料浆流量控制电磁阀；

所述数据采集控制系统包括未开采岩体层传感器组、采场模拟区域传感器组、充填体模拟区域传感器组、控制器和与控制器相接的计算机，所述未开采岩体层传感器组包括布设在未开采岩体层模拟区域内的多个未开采岩体温度传感器，多个未开采岩体温度传感器的信号线均通过未开采岩体层传感器安装管引出到保温箱体外；所述采场模拟区域传感器组包括布设在采场模拟区域内的多个采场模拟区域温度传感器，多个采场模拟区域温度传感器的信号线均通过采场区传感器安装管引出到保温箱体外；所述充填体模拟区域传感器组包括布设在抽屉式充填盒内且用于对充填体的温度进行实时检测的多个充填体温度传感器，多个充填体温度传感器的信号线均通过充填区传感器安装管引出到抽屉式充填盒外；所述流浆漏斗内设置有用于对流浆漏斗内含冰充填料浆的料位进行实时检测的料位传感器，所述加热腔温度传感器的输出端、未开采岩体温度传感器的输出端、采场模拟区域温度传感器的输出端、充填体温度传感器的输出端和料位传感器的输出端均与控制器的输入端连接；所述含冰充填料浆输送管道的底部设置有用于检测流浆漏斗是否已到达其下方的测距传感器，所述测距传感器的输出端与控制器的输入端连接；所述控制器的输出端接有用于驱动行走电机的行走电机驱动器、用于驱动下料电机的下料电机驱动器、用于对碳纤维电热板的通断电进行控制的第一继电器、用于驱动料浆输送电磁阀的第一电磁阀驱动器和用于驱动料浆流量控制电磁阀的第二电磁阀驱动器，所述行走电机与行走电机驱动器的输出端连接，所述下料电机与下料电机驱动器的输出端连接，所述第一继电器串联在碳纤维电热板的供电回路中，所述料浆输送电磁阀与第一电磁阀驱动器的输出端连接，所述料浆流量控制电磁阀与第二电磁阀驱动器的输出端连接。

上述的深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置，其特征在于：位于未开采岩体层模拟区域的顶部保温板、左侧保温板、右侧保温板、前侧保温板和后侧保温板，位于采场模拟区域的保温箱体的左侧保温板、右侧保温板、前侧保温板和后侧保温板，以及位于充填体模拟区域的保温箱体的底部保温板、左侧保温板、右侧保温板和后侧保温板均一体成型；位于充填体模拟区域的保温箱体的左侧保温板上通过合页转动连接有由保温板制成的左侧门，位于充填体模拟区域的保温箱体的右侧保温板上通过合页转动连接有由保温板制成的右侧门。

上述的深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置，其特征在于：所述加热腔由槽钢制成，位于充填体模拟区域的保温箱体的左侧槽钢和右侧槽钢的外壁上均设置有用于支撑安装抽屉式充填盒的支撑板，所述抽屉式充填盒的侧面设置有供支撑板插入的滚轮槽，所述滚轮槽内设置有用于在支撑板上滚动的滚轮，所述支撑板底部与槽钢之间设置有筋板，所述抽屉式模拟盒的外壁上设置有拉手，所述抽屉式模拟盒的内壁上设置有保温层。

上述的深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置，其特征在于：位于采场模拟区域的保温箱体的左侧保温板上设置有采场进风口，位于采场模拟区域的保温箱体的右侧保温板上设置有采场出风口；所述采场空气调节系统包括冷热源系统和空气处理与输送系统，所述冷热源系统包括空气压缩机、电磁四通阀、第一盘管式换热器、节流电磁阀和第二盘管式换热器，所述空气压缩机的排气管与电磁四通阀的d端口连接，所述电磁四通阀的c端口与第一盘管式换热器的第一连接端口连接，所述第一盘管式换热器的第二连接端口与节流电磁阀的第一连接端口连接，所述节流电磁阀的第二连接端口与第二盘管式换热器的第一连接端口连接，所述第二盘管式换热器的第二连接端口与电磁四通阀的e端口连接，所述电磁四通阀的s端口与空气压缩机的吸气管连接，所述第一盘管式换热器的旁侧设置有风扇；所述空气处理与输送系统包括引风机和加湿器，所述引风机的进风口与采场出风口连接，所述引风机的出风口通过第一风道与第二盘管式换热器的进风端口连接，所述第二盘管式换热器的出风端口通过第二风道与加湿器的进风端口连接，所述加湿器的出风端口通过第三风道与采场进风口连接。

上述的深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置，其特征在于：所述采场模拟区域传感器组还包括设置在第三风道上的采场进风温度传感器、采场进风湿度传感器和采场进风风速传感器，所述采场进风温度传感器的输出端、采场进风湿度传感器的输出端和采场进风风速传感器的输出端均与控制器的输入端连接；所述控制器的输出端还接有用于驱动电磁四通阀的第三电磁阀驱动器、用于驱动节流电磁阀的第四电磁阀驱动器、用于对加湿器的通断电进行控制的第二继电器和用于对引风机进行变频控制的变频器，所述第二继电器串联在加湿器的供电回路中，所述电磁四通阀与第三电磁阀驱动器的输出端连接，所述节流电磁阀与第四电磁阀驱动器的输出端连接，所述引风机与变频器的输出端连接。

上述的深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置，其特征在于：所述控制器包括微控制器模块以及与微控制器模块相接的数据存储器和用于与计算机连接并通信的通信模块，所述加热腔温度传感器的输出端、未开采岩体温度传感器的输出端、采场模拟区域温度传感器的输出端、充填体温度传感器的输出端、料位传感器的输出端、测距传感器的输出端、采场进风温度传感器的输出端、采场进风湿度传感器的输出端和采场进风风速传感器的输出端均与微控制器模块的输入端连接，所述微控制器模块的输入端还接有按键操作电路，所述行走电机驱动器、下料电机驱动器、第一继电器、第一电磁阀驱动器、第二电磁阀驱动器、第三电磁阀驱动器、第四电磁阀驱动器、第二继电器和变频器均与微控制器模块的输出端连接，所述微控制器模块的输出端还接有液晶显示屏。

上述的深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置，其特征在于：所述下隔板通过抽拉式滑轨活动连接在保温箱体内，所述保温箱体内两侧侧壁上靠近抽屉式充填盒顶部的位置处均设置有隔板定滑轨，所述下隔板的两侧均设置有与隔板定滑轨相配合构成抽拉式滑轨的隔板动滑轨；所述下料板通过抽拉式滑轨活动连接在保温箱体内，所述保温箱体内两侧侧壁上位于隔板定滑轨上方的位置处设置有下料板定滑轨，所述下料板的两侧均设置有与下料板定滑轨相配合构成抽拉式滑轨的下料板动滑轨。

本发明还公开了一种方法步骤简单，实现方便，能够真实地模拟含冰充填料浆均匀充填的过程，并能够采集到模拟深井含冰充填体采场降温的过程中未开采岩体层、采场区和充填区中的温度变化数据，供理论研究应用的深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将下料板通过下料板动滑轨安装到保温箱体内的下料板定滑轨上，将抽屉式充填盒放入充填体模拟区域内，并在含冰充填料浆搅拌机内加入含冰充填料浆；

步骤二、所述控制器通过控制第一继电器，接通碳纤维电热板的供电回路，碳纤维电热板开始加热，加热腔温度传感器对所述加热腔内的温度进行实时检测并将检测到的信号传输给控制器，控制器将其接收到的加热腔检测温度与加热腔预设温度进行比较，当加热腔检测温度大于加热腔预设温度时，控制器通过控制第一继电器，断开碳纤维电热板的供电回路，碳纤维电热板停止加热；当加热腔检测温度小于加热腔预设温度时，控制器通过控制第一继电器，接通碳纤维电热板的供电回路，碳纤维电热板开始加热；进而模拟深井下的未开采矿体及围岩发热；

步骤三、控制器控制所述采场空气调节系统对采场模拟区域内的空气进行调节，进而模拟深井下采场的进风流状态；

步骤四、控制器控制所述含冰充填料浆充填模拟机构，往抽屉式充填盒内充填含冰充填料浆，直至完成实验需要的充填量；

步骤五、将下料板抽出到保温箱体外部，并将下隔板通过隔板动滑轨安装到保温箱体内的隔板定滑轨上，然后关上左侧门和右侧门，模拟利用含冰充填料浆充填采空区并对采场进行降温的过程；模拟的过程中，控制器对未开采岩体温度传感器检测到的未开采岩体层模拟区域内的温度进行周期性采样，并将采样得到的未开采岩体层模拟区域内的温度传输给计算机进行显示；控制器对采场模拟区域温度传感器检测到的采场模拟区域内的温度进行周期性采样，并将采样得到的采场模拟区域内的温度传输给计算机进行显示；控制器对充填体温度传感器检测到的充填体的温度进行周期性采样，并将采样得到的充填体的温度传输给计算机进行显示；计算机存储控制器传输给其的未开采岩体层模拟区域内的温度、采场模拟区域内的温度和充填体的温度，供工作人员研究深井含冰充填体采场降温特性。

上述的方法，其特征在于：步骤三中控制器控制采场空气调节系统对采场模拟区域内的空气进行调节，进而模拟深井下采场的进风流状态的具体过程为：开启空气压缩机、第一盘管式换热器、第二盘管式换热器、引风机和加湿器，采场进风温度传感器、采场进风湿度传感器和采场进风风速传感器分别对采场进风温度、湿度和风速进行检测并将检测到的信号传输给控制器，控制器将其接收到的采场进风温度、湿度和风速分别对应与采场进风预设温度、湿度和风速比较，当检测到的采场进风温度小于采场进风预设温度时，控制器通过控制第二电磁阀驱动器，驱动电磁四通阀的线圈通电，电磁四通阀的d端口与e端口相通，c端口与s端口相通，空气压缩机的排气管排出的气体进入电磁四通阀的d端口，再经e端口进入第二盘管式换热器进行散热，再经过节流电磁阀进入第一盘管式换热器，再由电磁四通阀的c端口进入s端口，再回到空气压缩机的吸气管，完成制热循环；所述第二盘管式换热器进行散热时，热风通过第二风道进入加湿器，经过加湿器加湿后，再经过第三风道和采场进风口进入采场模拟区域，对采场模拟区域内的空气进行加热调节，采场模拟区域内的空气再通过引风机和第一风道引入第二盘管式换热器；当检测到的采场进风温度大于采场进风预设温度时，控制器通过控制第二电磁阀驱动器，驱动电磁四通阀的线圈断电，电磁四通阀的e端口与s端口相通，d端口与c端口相通，空气压缩机的排气管排出的气体进入电磁四通阀的d端口，再经c端口进入第一盘管式换热器进行散热，再经过节流电磁阀进入第二盘管式换热器，第二盘管式换热器进行制冷，再由电磁四通阀的e端口进入s端口，再回到空气压缩机的吸气管，完成制冷循环；所述第二盘管式换热器进行制冷时，冷风通过第二风道进入加湿器，经过加湿器加湿后，再经过第三风道和采场进风口进入采场模拟区域，对采场模拟区域内的空气进行制冷调节，采场模拟区域内的空气再通过引风机和第一风道引入第二盘管式换热器；当检测到的采场进风的湿度小于采场进风预设湿度时，控制器通过控制第二继电器，接通加湿器的供电回路；当检测到的采场进风的湿度大于采场进风预设湿度时，控制器通过控制第二继电器，断开加湿器的供电回路；当检测到的采场进风风速小于采场预设进风风速时，控制器通过变频器对引风机进行变频调速，加快引风机的转速；当检测到的采场进风的风速大于采场进风预设风速时，控制器通过变频器对引风机进行变频调速，减慢引风机的转速。

上述的方法，其特征在于：步骤四中所述控制器控制所述含冰充填料浆充填模拟机构，往抽屉式充填盒内充填含冰充填料浆的具体过程为：开启含冰充填料浆搅拌机，当控制器根据测距传感器检测到的距离判断到流浆漏斗已到达含冰充填料浆输送管道的下方时，控制器通过控制第一电磁阀驱动器，驱动料浆输送电磁阀打开，含冰充填料浆搅拌机搅拌好的含冰充填料浆通过含冰充填料浆输送管道进入流浆漏斗内，当控制器根据料位传感器检测到流浆漏斗内含冰充填料浆的料位，判断到流浆漏斗内含冰充填料浆的料位已达到预设料位后，控制器通过控制第一电磁阀驱动器，驱动料浆输送电磁阀关闭，停止往流浆漏斗内加入含冰充填料浆；当流浆漏斗内的含冰充填料浆料位达到预设料位后，控制器通过控制下料电机驱动器，驱动下料电机转动，下料电机带动齿轮转动，齿轮沿齿条行走，同时，控制器通过控制第二电磁阀驱动器，驱动料浆流量控制电磁阀打开，流浆漏斗内的含冰充填料浆通过流浆管进入抽屉式充填盒内；当流浆漏斗再次行走到靠近含冰充填料浆输送管道的位置处时，控制器通过控制行走电机驱动器，驱动行走电机带动移动小车台架的行走轮沿导轨行走，使流浆漏斗再次到达含冰充填料浆输送管道的下方；重复以上过程，直至根据实验需要往抽屉式充填盒内充填多层含冰充填料浆。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置的结构简单，设计新颖合理，实现方便且成本低。

2、本发明的深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置，采用了分层式结构，能够方便地模拟出高温深井的未开采岩体层、采场区和充填区，采用了含冰充填料浆充填模拟机构，能够真实地模拟含冰充填料浆均匀充填的过程；采用了小型采场空气调节系统，能够真实地模拟出采场空气特性，进而真实地模拟深井含冰充填体采场降温，能够很好地用于进行深井充填开采的充填体采场降温试验，并用于高温深井地热开采的理论研究。

3、本发明的深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置，使用操作方便，不易出现故障，使用寿命长。

4、本发明的深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟方法的方法步骤简单，实现方便，能够真实地模拟含冰充填料浆均匀充填的过程，并能够采集到模拟深井含冰充填体采场降温的过程中未开采岩体层、采场区和充填区中的温度变化数据，供理论研究应用。

5、本发明的实用性强，使用效果好，便于推广使用。

综上所示，本发明的设计新颖合理，实现方便且成本低，使用操作方便，使用寿命长，能够很好地用于进行含冰充填料浆均匀充填和深井充填开采的充填体采场降温试验，并用于高温深井地热开采的理论研究，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置的结构示意图(图中未示出数据采集控制系统)。

图2为本发明保温箱体内安装下料模拟机构时的内部结构示意图。

图3为图2的a部放大图。

图4为本发明保温箱体内安装下隔板时的内部结构示意图。

图5为图4的b部放大图。

图6为本发明含冰充填料浆充填模拟机构的结构示意图。

图7为本发明抽屉式模拟盒的主视图。

图8为图7的右视图。

图9为本发明槽钢、支撑板和筋板的连接关系示意图。

图10为图9的右视图。

图11为本发明数据采集控制系统的电路原理框图。

附图标记说明:

1—保温箱体；2—未开采岩体层模拟区域；3—采场模拟区域；

4—充填体模拟区域；5-1—上隔板；5-2—下隔板；

6—抽屉式充填盒；7—碳纤维电热板；8—左侧门；

9—右侧门；10—合页；11—导轨；

12—移动小车台架；13—含冰充填料浆搅拌机；

14—含冰充填料浆输送管道；15—移动小车台架；

16—流浆漏斗；17—齿条；18—下料电机；

19—齿轮；20—加热腔温度传感器；

21—未开采岩体层传感器安装管；22—采场区传感器安装管；

23-1—空气压缩机；23-2—电磁四通阀；23-3—第一盘管式换热器；23-4—第二盘管式换热器；23-5—节流电磁阀；23-6—风扇；

24-1—第一风道；24-2—引风机；24-3—第二风道；

24-4—加湿器；24-5—第三风道；25—流浆管；

26—料浆流量控制电磁阀；27—未开采岩体温度传感器；

28—采场模拟区域温度传感器；29—采场进风温度传感器；

30—采场进风湿度传感器；31—采场进风风速传感器；

32—控制器；33—计算机；34—充填体温度传感器；

35—料位传感器；36—测距传感器；37—行走电机驱动器；

38—下料电机驱动器；39—第一继电器；40—料浆输送电磁阀；

41—第一电磁阀驱动器；42—第二电磁阀驱动器；

43—第三电磁阀驱动器；44—第四电磁阀驱动器；

45—第二继电器；46—变频器；47—槽钢；

48—支撑板；49—滚轮槽；50—滚轮；

51—筋板；52—拉手；53—充填区传感器安装管；

54—保温层；55—隔板定滑轨；56—隔板动滑轨；

57—下料板；58—下料板定滑轨；59—下料板动滑轨。

具体实施方式

如图1～图5所示，本发明的深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置，包括深井模拟机构、含冰充填料浆充填模拟机构和数据采集控制系统，所述深井模拟机构包括立方体框架结构的保温箱体1和设置在保温箱体1内的上隔板5-1和下隔板5-2，所述保温箱体1内位于上隔板5-1上方的区域为未开采岩体层模拟区域2，所述未开采岩体层模拟区域2内填充有岩体；所述保温箱体1内位于上隔板5-1与下隔板5-2之间的区域为采场模拟区域3，所述保温箱体1内位于下隔板5-2下方的区域为充填体模拟区域4，位于未开采岩体层模拟区域2的保温箱体1为由顶部保温板、左侧保温板、右侧保温板、前侧保温板和后侧保温板构成的底部开口箱体，位于采场模拟区域3的保温箱体1为由左侧保温板、右侧保温板、前侧保温板和后侧保温板构成的顶部和底部开口箱体，位于采场模拟区域3的保温箱体1上连接有用于对采场模拟区域3内的空气进行调节的采场空气调节系统，位于未开采岩体层模拟区域2的保温箱体1的顶部保温板内壁上、左侧保温板内壁上、右侧保温板内壁上、前侧保温板内壁上和后侧保温板内壁上均设置有加热腔，位于采场模拟区域3的保温箱体1的左侧保温板内壁上、右侧保温板内壁上、前侧保温板内壁上和后侧保温板内壁上均设置有加热腔；位于充填体模拟区域4的保温箱体1为由底部保温板、左侧保温板、右侧保温板和后侧保温板构成的顶部和前侧开口箱体，位于充填体模拟区域4的保温箱体1的底部保温板内壁上、左侧保温板内壁上、右侧保温板内壁上和后侧保温板内壁上均设置有加热腔，所述加热腔内设置有碳纤维电热板7和用于对所述加热腔内的温度进行实时检测的加热腔温度传感器20，所述未开采岩体层模拟区域2内设置有未开采岩体层传感器安装管21，所述采场模拟区域3内设置有采场区传感器安装管22，所述充填体模拟区域4内设置有用于充填含冰充填料浆的抽屉式充填盒6，所述抽屉式充填盒6内设置有充填区传感器安装管53，位于充填体模拟区域4的保温箱体1的左侧保温板上转动连接有左侧门8，位于充填体模拟区域4的保温箱体1的右侧保温板上转动连接有右侧门9；

结合图6，所述含冰充填料浆充填模拟机构包括料浆搅拌输送模拟机构和下料模拟机构，所述料浆搅拌输送模拟机构包括导轨11和在导轨11上行走的移动小车台架12，所述移动小车台架12顶部设置有含冰充填料浆搅拌机13，所述含冰充填料浆搅拌机13的出料口连接有向下倾斜设置的含冰充填料浆输送管道14，所述含冰充填料浆输送管道14上设置有料浆输送电磁阀40，所述移动小车台架12包括用于带动移动小车台架12的行走轮12-1沿导轨11行走的行走电机15；所述下料模拟机构包括流浆漏斗16、下料板57和固定连接在下料板57底面上呈蛇形盘旋布置的齿条17，所述流浆漏斗16的外壁上固定连接有下料电机18，所述下料电机18的输出轴上固定连接有与齿条17相啮合的齿轮19，所述流浆漏斗16的底部设置有流浆管25，所述流浆管25上设置有料浆流量控制电磁阀26；

结合图11，所述数据采集控制系统包括未开采岩体层传感器组、采场模拟区域传感器组、充填体模拟区域传感器组、控制器32和与控制器32相接的计算机33，所述未开采岩体层传感器组包括布设在未开采岩体层模拟区域2内的多个未开采岩体温度传感器27，多个未开采岩体温度传感器27的信号线均通过未开采岩体层传感器安装管21引出到保温箱体1外；所述采场模拟区域传感器组包括布设在采场模拟区域3内的多个采场模拟区域温度传感器28，多个采场模拟区域温度传感器28的信号线均通过采场区传感器安装管22引出到保温箱体1外；所述充填体模拟区域传感器组包括布设在抽屉式充填盒6内且用于对充填体的温度进行实时检测的多个充填体温度传感器34，多个充填体温度传感器34的信号线均通过充填区传感器安装管53引出到抽屉式充填盒6外；所述流浆漏斗16内设置有用于对流浆漏斗16内含冰充填料浆的料位进行实时检测的料位传感器35，所述加热腔温度传感器20的输出端、未开采岩体温度传感器27的输出端、采场模拟区域温度传感器28的输出端、充填体温度传感器34的输出端和料位传感器35的输出端均与控制器32的输入端连接；所述含冰充填料浆输送管道14的底部设置有用于检测流浆漏斗16是否已到达其下方的测距传感器36，所述测距传感器36的输出端与控制器32的输入端连接；所述控制器32的输出端接有用于驱动行走电机15的行走电机驱动器37、用于驱动下料电机18的下料电机驱动器38、用于对碳纤维电热板7的通断电进行控制的第一继电器39、用于驱动料浆输送电磁阀40的第一电磁阀驱动器41和用于驱动料浆流量控制电磁阀26的第二电磁阀驱动器42，所述行走电机15与行走电机驱动器37的输出端连接，所述下料电机18与下料电机驱动器38的输出端连接，所述第一继电器39串联在碳纤维电热板7的供电回路中，所述料浆输送电磁阀40与第一电磁阀驱动器41的输出端连接，所述料浆流量控制电磁阀26与第二电磁阀驱动器42的输出端连接。

由于当流浆漏斗16未到达含冰充填料浆输送管道14的下方时，测距传感器36检测到的是其与抽屉式充填盒6内底面或抽屉式充填盒6内含冰充填料浆顶面之间的距离，这个距离较大；当流浆漏斗16到达含冰充填料浆输送管道14的下方时，测距传感器36检测到的是其与抽屉式充填盒6内含冰充填料浆顶面之间的距离，这个距离很小；因此采用测距传感器36能够检测到流浆漏斗16是否已到达含冰充填料浆输送管道14下方。

本实施例中，位于未开采岩体层模拟区域2的顶部保温板、左侧保温板、右侧保温板、前侧保温板和后侧保温板，位于采场模拟区域3的保温箱体1的左侧保温板、右侧保温板、前侧保温板和后侧保温板，以及位于充填体模拟区域4的保温箱体1的底部保温板、左侧保温板、右侧保温板和后侧保温板均一体成型；如图1所示，位于充填体模拟区域4的保温箱体1的左侧保温板上通过合页10转动连接有由保温板制成的左侧门8，位于充填体模拟区域4的保温箱体1的右侧保温板上通过合页10转动连接有由保温板制成的右侧门9。具体实施时，左侧门8、右侧门9的顶部与位于采场模拟区域3的保温箱体1的前侧保温板对接，构成一个封闭的保温箱体1。

本实施例中，结合图7、图8、图9和图10，所述加热腔由槽钢47制成，位于充填体模拟区域4的保温箱体1的左侧槽钢47和右侧槽钢47的外壁上均设置有用于支撑安装抽屉式充填盒6的支撑板48，所述抽屉式充填盒6的侧面设置有供支撑板48插入的滚轮槽49，所述滚轮槽49内设置有用于在支撑板48上滚动的滚轮50，所述支撑板48底部与槽钢47之间设置有筋板51，所述抽屉式模拟盒6的外壁上设置有拉手52，所述抽屉式模拟盒6的内壁上设置有保温层54。

本实施例中，位于采场模拟区域3的保温箱体1的左侧保温板上设置有采场进风口，位于采场模拟区域3的保温箱体1的右侧保温板上设置有采场出风口；如图1所示，所述采场空气调节系统包括冷热源系统和空气处理与输送系统，所述冷热源系统包括空气压缩机23-1、电磁四通阀23-2、第一盘管式换热器23-3、节流电磁阀23-5和第二盘管式换热器23-4，所述空气压缩机23-1的排气管与电磁四通阀23-2的d端口连接，所述电磁四通阀23-2的c端口与第一盘管式换热器23-3的第一连接端口连接，所述第一盘管式换热器23-3的第二连接端口与节流电磁阀23-5的第一连接端口连接，所述节流电磁阀23-5的第二连接端口与第二盘管式换热器23-4的第一连接端口连接，所述第二盘管式换热器23-4的第二连接端口与电磁四通阀23-2的e端口连接，所述电磁四通阀23-2的s端口与空气压缩机23-1的吸气管连接，所述第一盘管式换热器23-3的旁侧设置有风扇23-6；所述空气处理与输送系统包括引风机24-2和加湿器24-4，所述引风机24-2的进风口与采场出风口连接，所述引风机24-2的出风口通过第一风道24-1与第二盘管式换热器23-4的进风端口连接，所述第二盘管式换热器23-4的出风端口通过第二风道24-3与加湿器24-4的进风端口连接，所述加湿器24-4的出风端口通过第三风道24-5与采场进风口连接。

当制冷运行时，不给电磁四通阀23-2的线圈通电，电磁四通阀23-2的e端口与s端口相通，d端口与c端口相通，如图1中的顺时针循环方向，空气压缩机23-1的排气管排出的气体进入电磁四通阀23-2的d端口，再经c端口进入第一盘管式换热器23-3进行散热，再经过节流电磁阀23-5进入第二盘管式换热器23-4，第二盘管式换热器23-4进行制冷，再由电磁四通阀23-2的e端口进入s端口，再回到空气压缩机23-1的吸气管，完成制冷循环；所述第二盘管式换热器23-4进行制冷时，冷风通过第二风道24-3进入加湿器24-4，经过加湿器24-4加湿后，再经过第三风道24-5和采场进风口进入采场模拟区域3，对采场模拟区域3内的空气进行制冷调节，采场模拟区域3内的空气再通过引风机24-2和第一风道24-1引入第二盘管式换热器23-4。

当制热运行时，电磁四通阀23-2的线圈通电，电磁四通阀23-2的d端口与e端口相通，c端口与s端口相通；如图1中的逆时针循环方向，空气压缩机23-1的排气管排出的气体进入电磁四通阀23-2的d端口，再经e端口进入第二盘管式换热器23-4进行散热，再经过节流电磁阀23-5进入第一盘管式换热器23-3，再由电磁四通阀23-2的c端口进入s端口，再回到空气压缩机23-1的吸气管，完成制热循环；所述第二盘管式换热器23-4进行散热时，热风通过第二风道24-3进入加湿器24-4，经过加湿器24-4加湿后，再经过第三风道24-5和采场进风口进入采场模拟区域3，对采场模拟区域3内的空气进行加热调节，采场模拟区域3内的空气再通过引风机24-2和第一风道24-1引入第二盘管式换热器23-4。

本实施例中，结合图11，所述采场模拟区域传感器组还包括设置在第三风道24-5上的采场进风温度传感器29、采场进风湿度传感器30和采场进风风速传感器31，所述采场进风温度传感器29的输出端、采场进风湿度传感器30的输出端和采场进风风速传感器31的输出端均与控制器32的输入端连接；所述控制器32的输出端还接有用于驱动电磁四通阀23-2的第三电磁阀驱动器43、用于驱动节流电磁阀23-5的第四电磁阀驱动器44、用于对加湿器24-4的通断电进行控制的第二继电器45和用于对引风机24-2进行变频控制的变频器46，所述第二继电器45串联在加湿器24-4的供电回路中，所述电磁四通阀23-2与第三电磁阀驱动器43的输出端连接，所述节流电磁阀23-5与第四电磁阀驱动器44的输出端连接，所述引风机24-2与变频器46的输出端连接。

本实施例中，如图11所示，所述控制器32包括微控制器模块32-1以及与微控制器模块32-1相接的数据存储器32-2和用于与计算机33连接并通信的通信模块32-3，所述加热腔温度传感器20的输出端、未开采岩体温度传感器27的输出端、采场模拟区域温度传感器28的输出端、充填体温度传感器34的输出端、料位传感器35的输出端、测距传感器36的输出端、采场进风温度传感器29的输出端、采场进风湿度传感器30的输出端和采场进风风速传感器31的输出端均与微控制器模块32-1的输入端连接，所述微控制器模块32-1的输入端还接有按键操作电路32-4，所述行走电机驱动器37、下料电机驱动器38、第一继电器39、第一电磁阀驱动器41、第二电磁阀驱动器42、第三电磁阀驱动器43、第四电磁阀驱动器44、第二继电器45和变频器46均与微控制器模块32-1的输出端连接，所述微控制器模块32-1的输出端还接有液晶显示屏32-5。

本实施例中，如图2、图3、图4和图5所示，所述下隔板5-2通过抽拉式滑轨活动连接在保温箱体1内，所述保温箱体1内两侧侧壁上靠近抽屉式充填盒6顶部的位置处均设置有隔板定滑轨55，所述下隔板5-2的两侧均设置有与隔板定滑轨55相配合构成抽拉式滑轨的隔板动滑轨56；所述下料板57通过抽拉式滑轨活动连接在保温箱体1内，所述保温箱体1内两侧侧壁上位于隔板定滑轨55上方的位置处设置有下料板定滑轨58，所述下料板57的两侧均设置有与下料板定滑轨58相配合构成抽拉式滑轨的下料板动滑轨59。

本发明的深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟方法，包括以下步骤：

步骤一、将下料板57通过下料板动滑轨59安装到保温箱体1内的下料板定滑轨58上，将抽屉式充填盒6放入充填体模拟区域4内，并在含冰充填料浆搅拌机13内加入含冰充填料浆；

步骤二、所述控制器32通过控制第一继电器39，接通碳纤维电热板7的供电回路，碳纤维电热板7开始加热，加热腔温度传感器20对所述加热腔内的温度进行实时检测并将检测到的信号传输给控制器32，控制器32将其接收到的加热腔检测温度与加热腔预设温度进行比较，当加热腔检测温度大于加热腔预设温度时，控制器32通过控制第一继电器39，断开碳纤维电热板7的供电回路，碳纤维电热板7停止加热；当加热腔检测温度小于加热腔预设温度时，控制器32通过控制第一继电器39，接通碳纤维电热板7的供电回路，碳纤维电热板7开始加热；进而模拟深井下的未开采矿体及围岩发热；

步骤三、控制器32控制所述采场空气调节系统对采场模拟区域3内的空气进行调节，进而模拟深井下采场的进风流状态；

步骤四、控制器32控制所述含冰充填料浆充填模拟机构，往抽屉式充填盒6内充填含冰充填料浆，直至完成实验需要的充填量；

步骤五、将下料板57抽出到保温箱体1外部，并将下隔板5-2通过隔板动滑轨56安装到保温箱体1内的隔板定滑轨55上，然后关上左侧门8和右侧门9，模拟利用含冰充填料浆充填采空区并对采场进行降温的过程；模拟的过程中，控制器32对未开采岩体温度传感器27检测到的未开采岩体层模拟区域2内的温度进行周期性采样，并将采样得到的未开采岩体层模拟区域2内的温度传输给计算机33进行显示；控制器32对采场模拟区域温度传感器28检测到的采场模拟区域3内的温度进行周期性采样，并将采样得到的采场模拟区域3内的温度传输给计算机33进行显示；控制器32对充填体温度传感器34检测到的充填体的温度进行周期性采样，并将采样得到的充填体的温度传输给计算机33进行显示；计算机33存储控制器32传输给其的未开采岩体层模拟区域2内的温度、采场模拟区域3内的温度和充填体的温度，供工作人员研究深井含冰充填体采场降温特性。

本实施例中，步骤三中控制器32控制采场空气调节系统对采场模拟区域3内的空气进行调节，进而模拟深井下采场的进风流状态的具体过程为：开启空气压缩机23-1、第一盘管式换热器23-3、第二盘管式换热器23-4、引风机24-2和加湿器24-4，采场进风温度传感器29、采场进风湿度传感器30和采场进风风速传感器31分别对采场进风温度、湿度和风速进行检测并将检测到的信号传输给控制器32，控制器32将其接收到的采场进风温度、湿度和风速分别对应与采场进风预设温度、湿度和风速比较，当检测到的采场进风温度小于采场进风预设温度时，控制器32通过控制第二电磁阀驱动器42，驱动电磁四通阀23-2的线圈通电，电磁四通阀23-2的d端口与e端口相通，c端口与s端口相通，空气压缩机23-1的排气管排出的气体进入电磁四通阀23-2的d端口，再经e端口进入第二盘管式换热器23-4进行散热，再经过节流电磁阀23-5进入第一盘管式换热器23-3，再由电磁四通阀23-2的c端口进入s端口，再回到空气压缩机23-1的吸气管，完成制热循环；所述第二盘管式换热器23-4进行散热时，热风通过第二风道24-3进入加湿器24-4，经过加湿器24-4加湿后，再经过第三风道24-5和采场进风口进入采场模拟区域3，对采场模拟区域3内的空气进行加热调节，采场模拟区域3内的空气再通过引风机24-2和第一风道24-1引入第二盘管式换热器23-4；当检测到的采场进风温度大于采场进风预设温度时，控制器32通过控制第二电磁阀驱动器42，驱动电磁四通阀23-2的线圈断电，电磁四通阀23-2的e端口与s端口相通，d端口与c端口相通，空气压缩机23-1的排气管排出的气体进入电磁四通阀23-2的d端口，再经c端口进入第一盘管式换热器23-3进行散热，再经过节流电磁阀23-5进入第二盘管式换热器23-4，第二盘管式换热器23-4进行制冷，再由电磁四通阀23-2的e端口进入s端口，再回到空气压缩机23-1的吸气管，完成制冷循环；所述第二盘管式换热器23-4进行制冷时，冷风通过第二风道24-3进入加湿器24-4，经过加湿器24-4加湿后，再经过第三风道24-5和采场进风口进入采场模拟区域3，对采场模拟区域3内的空气进行制冷调节，采场模拟区域3内的空气再通过引风机24-2和第一风道24-1引入第二盘管式换热器23-4；当检测到的采场进风的湿度小于采场进风预设湿度时，控制器32通过控制第二继电器45，接通加湿器24-4的供电回路；当检测到的采场进风的湿度大于采场进风预设湿度时，控制器32通过控制第二继电器45，断开加湿器24-4的供电回路；当检测到的采场进风风速小于采场预设进风风速时，控制器32通过变频器46对引风机24-2进行变频调速，加快引风机24-2的转速；当检测到的采场进风的风速大于采场进风预设风速时，控制器32通过变频器46对引风机24-2进行变频调速，减慢引风机24-2的转速。

本实施例中，步骤四中所述控制器32控制所述含冰充填料浆充填模拟机构，往抽屉式充填盒6内充填含冰充填料浆的具体过程为：开启含冰充填料浆搅拌机13，当控制器32根据测距传感器36检测到的距离判断到流浆漏斗16已到达含冰充填料浆输送管道14的下方时，控制器32通过控制第一电磁阀驱动器41，驱动料浆输送电磁阀40打开，含冰充填料浆搅拌机13搅拌好的含冰充填料浆通过含冰充填料浆输送管道14进入流浆漏斗16内，当控制器32根据料位传感器35检测到流浆漏斗16内含冰充填料浆的料位，判断到流浆漏斗16内含冰充填料浆的料位已达到预设料位后，控制器32通过控制第一电磁阀驱动器41，驱动料浆输送电磁阀40关闭，停止往流浆漏斗16内加入含冰充填料浆；当流浆漏斗16内的含冰充填料浆料位达到预设料位后，控制器32通过控制下料电机驱动器38，驱动下料电机18转动，下料电机18带动齿轮19转动，齿轮19沿齿条17行走，同时，控制器32通过控制第二电磁阀驱动器42，驱动料浆流量控制电磁阀26打开，流浆漏斗16内的含冰充填料浆通过流浆管25进入抽屉式充填盒6内；当流浆漏斗16再次行走到靠近含冰充填料浆输送管道14的位置处时，控制器32通过控制行走电机驱动器37，驱动行走电机15带动移动小车台架12的行走轮12-1沿导轨11行走，使流浆漏斗16再次到达含冰充填料浆输送管道14的下方；重复以上过程，直至根据实验需要往抽屉式充填盒6内充填多层含冰充填料浆。

具体实施时，将流浆漏斗16的容量设置为大于流浆漏斗16沿齿条17行走一去一回往抽屉式充填盒6内充填的含冰充填料浆的量；控制器32中预先存储了流浆漏斗16行走一去一回下料电机18旋转的圈数，控制器32能够根据其驱动下料电机18旋转的圈数判断出流浆漏斗16再次行走到了靠近含冰充填料浆输送管道14的位置处；而且，控制器中预先存储了当流浆漏斗16行走一去一回时，流浆漏斗16再次到达含冰充填料浆输送管道14下方，行走电机15所需旋转的圈数，这样，能够保证充填的均匀性，且智能化程度高，无需人工干预整个充填过程。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。