一种用于模拟充填采矿法的实验装置及其使用方法

本发明涉及充填采矿，特别是涉及一种用于模拟充填采矿法的实验装置及其使用方法。

背景技术：

1、充填采矿技术在我国矿产资源开采中发展时间早，尤其是在金属矿山的开采工作中充当了重要的角色，但还存在成本较高、生产效率低、环境情况多变等问题。为了解决这些问题，需要研究人员能够直观地观察到充填采矿过程中矿下情况，量化充填采矿过程中某些部分的情况。目前，我国还未存在实体的模拟充填采矿法的实验装置。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于模拟充填采矿法的实验装置及其使用方法，能够通过模拟充填采矿过程中充填物流动、充填物凝固、挡墙承载能力与滤水布滤水性等情况，根据实验装置记录的数据以及对凝固充填体进行进一步的实验，帮助研究人员根据相关结果选择更为合适的充填物原料、充填物原料配比、滤水材料等，有效解决采矿成本高、采矿效率低、矿下安全性差等问题。

2、本发明采用以下方案实现：一种用于模拟充填采矿法的实验装置，包括压力装置、发生装置、搅拌装置，所述发生装置位于压力装置的压头下，所述发生装置的输入端经管路与搅拌装置连接。

3、进一步的，所述压力装置包括底座和设在底座上的可转动圆盘，所述可转动圆盘的上表面上竖直设有立柱，所述立柱的上端横向设有横柱，所述横柱的自由端下部设有液压缸，所述液压缸的伸缩杆自由端连接有压头，所述压头上可拆连接有压板，所述液压缸通过液压管路与液压泵连通；所述底座为混凝土制成的圆柱形座体，所述圆柱形座体内设有放置舵机的沉槽，所述沉槽自圆柱形座体的底面往顶面延伸，在沉槽的槽底设有以利舵机驱动轴穿出的通道，所述舵机驱动轴的自由端固定连接所述的可转动圆盘。

4、进一步的，所述所述横柱与立柱的连接端位置设有三角形加强筋板，三角形加强筋板的一直角边与横柱的下表面焊接固定，三角形加强筋板的另一直角边与立柱上部的侧表面焊接固定，所述液压管路具有两根，其中一根为液压油输出管，另一根为液压油回流管，所述压头的下部设有环形凹槽，环形凹槽的对称中心线与压头的中心线重合，所述压板的中心部设有与压头截面形状相当的沉孔，所述沉孔内设有垂直于该沉孔中心线的横孔，在横孔内设有能够横向伸缩移动的卡舌，所述卡舌与横孔的底部之间设有压缩弹簧，所述卡舌能够伸入环形凹槽，所述卡舌上垂直连接有拨块，所述拨块向上穿出位于横孔上方的槽道，所述横孔和槽道相贯通，且它们的截面为t字形。

5、进一步的，所述发生装置包括底座，所述底座上设置有防飞溅槽，所述底座上于防飞溅槽内设置有填充容纳槽，所述填充容纳槽外周上开设有液体流出通道，所述底座上于填充容纳槽侧壁与防飞溅槽侧壁之间设置有导出孔，所述底座下对应导出孔设置有量筒，所述填充容纳槽外周上于液体流出通道下设置有导流结构，所述底座包括支撑板，所述支撑板上设置有方形台座，所述填充容纳槽卡固于方形台座上，所述防飞溅槽卡固于支撑板上，所述支撑板下设置有支撑脚。

6、进一步的，所述填充容纳槽为对应方形台座设置的方形槽，所述填充容纳槽包括四个依次对接的容纳槽板，所述容纳槽板的水平横截面为梯形，容纳槽板的其一梯形腰部对应的侧壁上设置有嵌入块a，另一梯形腰部对应的侧壁上设置有与嵌入块a配合的嵌入槽a，相邻的容纳槽板之间通过嵌入块a与嵌入槽a的配合实现连接，所述防飞溅槽为对应支撑板设置的方形槽，所述防飞溅槽包括四个依次对接的防飞溅槽板，所述防飞溅槽板的水平横截面为梯形，防飞溅槽板的其一梯形腰部对应的侧壁上设置有嵌入块b，另一梯形腰部对应的侧壁上设置有与嵌入块b配合的嵌入槽b，相邻的防飞溅槽板之间通过嵌入块b与嵌入槽b的配合实现连接，所述导流结构为带缺口的矩形环，缺口对应导出孔设置，所述矩形环由四个矩形斜块组成，四个矩形斜块依次对接，四个矩形斜块的斜面依次对接，形成一个回形斜面通道。

7、进一步的，所述矩形斜块的底部设置有卡块，所述支撑板上对应卡块设置有相配合的卡槽，所述矩形斜块通过卡块与卡槽的配合铺设于防飞溅槽板与容纳槽板之间的支撑板区域上，回形斜面通道的最低处导向导出孔，所述容纳槽板外于液体流出通道处安装有半圆导向管，所述半圆导向管的一端卡接于液体流出通道外，另一端为开放端连通防飞溅槽板与容纳槽板之间的区域，其中一个容纳槽板上设置有注入孔。

8、进一步的，所述搅拌装置包括金属制储藏室以及设置于金属制储藏室上方的敞口搅拌室，所述敞口搅拌室内部设置有搅拌器，所述敞口搅拌室与金属制储藏室的连通处设置有旋转开合式倒料层，所述敞口搅拌室侧部设置有升降结构，所述升降机构的上部横向固定有延伸至搅拌器上方的电机支架，该电机支架端部设置有直流电机，该直流电机的输出轴与搅拌器连接，用以驱动搅拌器在敞口搅拌室内转动，所述搅拌器包括主传动轴以及多个均匀设置于主传动轴下方的金属管，每个金属管下方设置有防滴溅搅拌结构，所述防滴溅搅拌结构包括搅拌盘以及多个分别间隔设置于搅拌盘上、下边缘处的上s形搅拌片和下s形搅拌片，多个上s形搅拌片和下s形搅拌片交错设置。

9、进一步的，所述旋转开合式倒料层包括转盘以及设置于转盘中部的转轴，所述转盘上设置有多个扇形开口，每个扇形开口上方设置有用以封闭扇形开口的扇形挡板，所述敞口搅拌室外侧设有弧形槽，所述转盘外侧设置有穿过弧形槽并向外延伸的传动杆，所述传动杆端部设有转把，所述升降机构包括固定套筒以及套设于固定套筒内的伸缩柱，所述固定套筒竖向间隔设有多个调节孔，所述伸缩柱下部设置有弹簧球结构，该弹簧球结构卡入其中一调节孔内，用以将固定套筒与伸缩柱连接，所述弹簧球结构包括弹簧以及设置于弹簧一端的圆球，所述弹簧另一端与伸缩柱连接，所述金属制储藏室外部设有出料口。

10、进一步的，所述填充容纳槽与压板相配合，所述压板位于压板下，所述金属制储藏室外部的出料口与容纳槽板上的注入孔经管路连接。

11、一种用于模拟充填采矿法的实验装置使用方法：

12、步骤1）根据实验要求，预设实验条件，选定合适充填原料比例；根据实验要求的预设条件对发生装置进行拼装与预处理；根据试验要求的预设条件对半圆导向管进行预处理，如设置滤水布、设置充填挡墙、封闭等，从而保证装置满足实验条件；

13、步骤2）按照预设搅拌制备方案，根据一定原料比例调配充填材料，将原料输入至敞口搅拌室内，打开直流电机驱动，直流电机带动防滴溅搅拌结构进行搅拌；搅拌环节完成后，推动旋转开合式倒料层的转把，使得充填材料经扇形开口自然下落进入金属制储藏室中，对搅拌后的充填物进行储藏，同时，对储藏量进行大致控制，待出料到达一定量后，推动转把关闭旋转开合式倒料层；当充填物在金属制储藏室内部堆积到一定高度，在金属制储藏室的出料口为开启状态下，经过搅拌后的填充物会从出料口中流出，充填物会自动流入发生装置之中；

14、步骤3）待发生装置内的充填物数量能够基本满足预设条件时，将压力板水平放置在发生装置内的充填物上方；通过旋转可转动圆盘转动压力装置，保证压头处于压力板的正上方且对准面板可嵌入位置的中心；接通压力装置的电源，通过操作面板设定预先压力值，开启装置，压头向下，压头与压力板凹槽内的带弹簧的卡舌形成自锁，两部分固定在一起；压力面板由于压头作用，向下方的充填物持续施加压力，施加压力的过程中充填物由于周围的阻碍作用被塑形；在压力达到预设情况时停止加压，等待一段时间，充填物将会凝固；

15、步骤4）在加压过程中，充填物中的液体可能会经过滤水布等预设条件的处理通过半圆导向管流出，通过此方法，通过更改滤水布的类型并结合量筒内的液体流出量，综合分析得出何种类型的滤水布滤水性更好，同时，在加压过程中，充填物可能会由于半圆导向管做了设置柔性挡墙等预设条件的处理，从而没有物质从此通道经过，从而模拟在矿山中采用充填采矿法时巷道内柔性挡墙的支撑情况，可以根据压强公式与压力装置施压情况得出挡墙承载力；

16、步骤5）待充填物完全凝固后，还原压头位置，此时由于压头与压力面板先前固定一起，压力板随着压头被上提。上升到一定位置，转动压力装置移动压头、压力板等部件；待充填物上方无遮挡物后，拆卸填充容纳槽，将已凝固的充填物拿出；对拿出的已凝固的充填物可进行进一步其他实验，如单轴抗压实验、单轴抗拉实验等，得出关于此种充填物的相关性质，便于工作人员确定更为合适的充填物配比与充填物原材料；

17、步骤6）待已凝固充填物被拿出后，单次实验基本完成，完成实验后进行装置清洗与还原。

18、与现有技术相比，本发明有以下有益效果：当前充填采矿领域还未存在相关的实体模拟装置，无法为研究人员提供直观的充填采矿方法的运用场景，且现有的实验装置大多只能够完成单一目的的实验，本装置能够实现多种实验目的：模拟充填采矿法的充填情况、通过更换不同类型滤水布进行滤水布滤水性的测定、柔性挡墙的强度检测。本装置携带方便，操作简单，适用与多种使用场景。