一种多资源协调开采模拟实验台及应用方法与流程

本发明涉及一种多资源协调开采模拟实验台、以及应用所述试验台的方法。

背景技术：

我国矿产资源丰富，尤其西部盆地共伴生资源多达几十种，且呈空间垂直赋存关系。为充分开采各种矿物资源，最大程度的减少资源浪费，多资源共伴生协调开采成为现在及今后资源开采领域的重要课题。为此各科研单位及高校进行了相关研究，相比理论分析、数值模拟等研究手段，物理相似模拟分析可形象直观的还原矿物赋存地质条件，并探索多资源开采效应及有效模拟预防矿山灾害。基于上述情况，迫切需要一种多资源协调开采模拟实验台，实现多资源赋存地质环境精确还原，不同矿物开采工艺的模拟及相应矿山灾害检测及预防。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提出一种多资源协调开采模拟实验台，通过承载机构构建地质模型，利用加载机构进行原始地应力的还原，通过中央控制机构进行加载控制仪、水流控制仪、地浸回采仪及矿物开采过程中地质模型应力应变孔隙压力的监测分析，最终在三大机构统一配合下，实现多资源矿物不同赋存层位上，协调开采的模拟，达到精确高效模拟多资源赋存地质条件，探索多资源协调开采工艺及相应矿山灾害检测预防的目的。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多资源协调开采模拟实验台，包括：

承载机构，包括进液孔、数据线、采煤架、位移计、应变片、孔隙压力计、加载板、流量计、集液槽、控制线、底托架、过滤孔、承载板、转头、固定栓、手柄、矿物模拟材料、浸溶液，所述加载板置有进液孔、数据线，所述采煤架由承载板、转头、手柄构成并置于加载板及底托架间，所述承载板上均匀布置有过滤孔并固定连接于转头下半部，所述手柄固定连接于转头外侧中部，所述矿物模拟材料与浸溶液在由承载板构成的空间内发生反应，所述位移计、应变片、孔隙压力计置于加载板形成的内部空间内并与数据线相连，所述集液槽置于底托架下部其开口处设置流量计，所述流量计通过控制线与中央服务器相连；

加载机构，包括轨道、加载架、迁移马达、齿轨、加载千斤顶，所述加载架通过迁移马达与轨道齿连接，所述加载千斤顶通过齿轨与加载架齿连接；

中央控制机构，包括加载控制仪、油压管、水流控制仪、进回水管、地浸回采仪、输液管、开采井筒、总线、中央服务器，所述中央服务器通过总线分别与加载控制仪、水流控制仪、地浸回采仪连接，所述加载控制仪通过油压管与加载千斤顶相连，所述水流控制仪通过进回水管与进液孔相连，所述地浸回采仪通过输液管与开采井筒相连。

优选地，所述采煤架由置有过滤孔的承载板、转头、手柄构成，其中转头为具有一定宽度的钢圆柱，承载板为具有一定长度的半圆柱并通过端头两固定栓与转头螺纹连接，手柄固定连接于转头中部。

优选地，所述集液槽置于底托架下部其开口处设置流量计。

优选地，所述进液孔置于加载板中并通过进回水管与水流控制仪相连。

优选地，所述矿物模拟材料与浸溶液发生反应后转化为有色液体。

本发明还提出了一种多资源协调开采模拟实验台应用方法，应用上述实验台，其包括如下实验步骤：

a、检测并保证加载控制仪、水流控制仪、地浸回采仪及其他部件正常运转；

b、根据地质模拟资料，调控加载板至合理位置，准备并铺设相似模拟材料及矿物模拟材料，同时放置孔隙压力计、位移计、应力计至相似模拟材料关键位置；

c、加载架通过轨道移置模型合理位置并固定，加载控制仪控制加载千斤顶通过加载板还原地应力，水流控制仪通过进液孔还原模型水压环境；

d、根据设计回采工艺，通过采煤架中承载板进行采煤，通过地浸回采仪利用开采井筒输送浸溶液与矿物模拟材料反应进行地浸采矿；

e、利用孔隙压力计、位移计、应力计、流量计等进行信息采集，并传输至中央服务器进行分析处理；

f、实验完毕，保持实验数据，清除模拟材料，清洗实验模型，并进行通风干燥处理。

与传统三维模拟实验台相比，本发明具有如下优点：

本发明述及的多资源协调开采模拟实验台，其中承载机构中加载板为高强度透明有机玻璃板且为螺旋连接方便加压千斤顶施加围压，采煤架可通过承压板采煤，通过手柄旋转实现矿区破坏监测构，通过过滤孔结合流量计实现液体流量监测；加载机构中加载千斤顶通过齿轨连接对加载板加载位置进行合理选择；中央控制机构中水流控制仪通过中央服务器控制对进液孔的进回流方向、速度及流量进行精确控制，还原并调控原始水压环境，地浸回采仪通过中央服务器控制对矿体溶浸液及回采矿液进行多回采工艺的精确模拟；相似模拟材料中溶浸液可与固体矿物反应并形成有色液体，便于多资源协调开采相互影响提供研究数据，最终在三大机构统一配合下，实现多资源矿物不同赋存层位上，协调共采的模拟，达到精确高效模拟多资源赋存地质条件，探索多资源共采工艺及相应矿山灾害检测预防的目的。

附图说明

图1为本发明实施例中浸溶液矿物模拟材料示意图；

图2为本发明实施例中采煤架结构图；

图3为本发明实施例中承载机构图；

图4为本发明实施例中加载机构图；

图5为本发明实施例中工作状态图。

图中：9-浸溶液；10-矿物模拟材料；11-进液孔；12-数据线；13-采煤架；14-位移计；15-应变片；16-孔隙压力计；17-加载板；18-流量计；19-集液槽；110-控制线；111-底托架；131-过滤孔；132-承载板；133-转头；134-固定栓；135-手柄；21-轨道；22-加载架；23-迁移马达；24-齿轨；25-加载千斤顶；31-加载控制仪；311-油压管；32-水流控制仪；321-进回水管；33-地浸回采仪；331-输液管；332-开采井筒；34-总线；35-中央服务器。

具体实施方式

结合图1、图2、图3、图4、图5所示，一种多资源协调开采模拟实验台，包括承载机构、加载机构、中央控制机构，通过承载机构构建地质模型，利用加载机构进行原始地应力的还原，通过中央控制机构进行加载控制仪31、水流控制仪32、地浸回采仪33及矿物开采过程中地质模型应力应变孔隙压力的监测分析，最终在三大机构统一配合下，实现多资源矿物不同赋存层位上，协调共采的模拟。

承载机构中，所述加载板17置有进液孔11、数据线12，所述采煤架13由承载板132、转头133、手柄135构成并置于加载板17及底托架111间，所述承载板132上均匀布置有过滤孔131并固定连接于转头133下半部，所述手柄135固定连接于转头133外侧中部，所述矿物模拟材料10与浸溶液9在由承载板132构成的空间内发生反应，所述位移计14、应变片15、孔隙压力计16置于加载板17形成的内部空间内并与数据线12相连，所述集液槽19置于底托架111下部其开口处设置流量计18，所述控制线110与流量计18相连；

加载机构中，所述加载架22通过迁移马达23与轨道21齿连接，所述加载千斤顶25通过齿轨24与加载架22齿连接；

中央控制机构中，所述中央服务器35通过总线34分别与加载控制仪31、水流控制仪32、地浸回采仪33连接，所述加载控制仪31通过油压管311与加载千斤顶25相连，所述水流控制仪32通过进回水管321与进液孔11相连，所述地浸回采仪33通过输液管331与开采井筒332相连。

结合图1、图2、图3、图4、图5，首先根据要求调节加载板17至规定尺度，开始铺设模拟材料、矿物模拟材料10并内置孔隙压力计16、位移计14、应变片15，地质模型构建完毕移动加载机构至物理模型合适位置通过调节加载千斤顶25位置对物理模型进行加载还原其原始应力状态，利用中央服务器35控制水流控制仪32对模型进行模拟水压环境操作，最后利用地浸回采仪33通过输液管331、开采井筒332输送浸溶液9进行矿物模拟材料10溶解模拟矿石开采，松动固定栓134放下采煤架13中承载板132进行煤层回采，并利用承载板132中过滤孔131、集液槽19及流量计18进行渗流数据收集，各项数据通过总线34、数据线12、控制线110流入及流出中央服务器35，中央服务器35做出采动应力场、裂隙场、渗流场实时变化分析，总结归纳出多资源协调开采地质变化规律。

其实验步骤大致如下：

a、检测并保证加载控制仪31、水流控制仪32、地浸回采仪33及其他部件正常运转；

b、根据地质模拟资料，调控加载板17至合理位置，准备并铺设相似模拟材料及矿物模拟材料10，同时放置孔隙压力计16、位移计14、应力计至相似模拟材料关键位置；

c、加载架22通过轨道21移置模型合理位置并固定，加载控制仪31控制加载千斤顶25通过加载板17还原地应力，水流控制仪32通过进液孔11还原模型水压环境；

d、根据设计回采工艺，通过采煤架13中承载板132进行采煤，通过地浸回采仪33利用开采井筒332输送浸溶液9与矿物模拟材料10反应进行地浸采矿；

e、利用孔隙压力计16、位移计14、应力计、流量计18等进行信息采集，并传输至中央服务器35进行分析处理；

f、实验完毕，保持实验数据，清除模拟材料，清洗实验模型，并进行通风干燥处理。当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替换、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。