多功能大比例尺立体放矿模型及其放矿模拟铲的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于采矿工程技术领域，尤其涉及一种可模拟不同分段高度、进路间距、崩矿步距和端壁倾角的多功能大比例尺立体放矿模型及其放矿模拟铲。
【背景技术】
[0002]无底柱分段崩落采矿法是20世纪60年代初从国外引进的一种采矿方法。由于它具有结构简单、机械化程度高、成本低、安全性能好、采矿强度大等优点，很快在我国金属、非金属矿山得到了推广，尤其在我国地下黑色金属矿山中占有重要地位。近年来，随着地表资源逐渐枯竭，大多数露天矿已逐步转入地下开采，在当前降本增效开采的矿业背景下，如何最大程度的开采矿石资源已变得越来越重要了，因此在采矿生产前进行采矿方法结构参数和放矿参数的优化研究尤为必要。
[0003]放矿模型相似模拟试验是采矿工程中进行工业试验前重要的放矿参数优化方法。模拟工业现场放矿过程，使模型放矿与现场放矿过程达到物理相似，利用这种方法通过试验研究，掌握和了解放矿过程中崩落矿岩的运动规律、崩落矿石在放矿过程中的损失和贫化等技术问题，进而优化采矿方法结构参数和放矿参数。
[0004]传统的放矿模型比例尺小，相似程度不高，大多采用固定式结构，无法灵活拆装，可模拟的参数单一且数量少，若改变试验参数，则原有模型不能应用，需重新制作试验模型。这种固定式装置无法重复利用，材料浪费大，尤其对于大比例尺的放矿模型，因装置制作工艺复杂、工作量大、工作时间长，造成放矿模型相似模拟试验费时费工，工作效率低。
[0005]针对多功能大比例尺立体放矿模型，由于模拟试验工作量大，试验技术复杂，一些模拟技术与工程实际差别较大，相似度不高。这些模拟技术尚未得到很好解决，现有技术中主要存在以下两个技术难题:
[0006]1、模拟矿壁:传统的放矿模型大多采用板式矿壁，其摩擦系数与现场实际相差较大。且在生产工艺中，同一分段的两条相邻进路之间的边孔角以下三角矿柱由下一分段回采时打孔崩落，在矿壁模拟过程中需要考虑这种工艺上的要求。因此实现原岩与爆堆的有机转换是一个技术难题。
[0007]2、模拟出矿:传统的放矿模型通常模拟电耙出矿，与当前普遍应用的铲运机的铲矿动作、铲斗运行轨迹相差甚远，而铲装动作、方式直接影响矿石的下落速度与爆堆的松散效果。因此模拟出矿设备的铲矿动作、铲斗运行轨迹是个技术难题。
【实用新型内容】
[0008]为了解决上述技术问题，本实用新型一是提供一种基于矿壁摩擦约束的多功能大比例尺立体放矿模型;而是提供一种与该放矿模型配套使用的放矿模拟铲。
[0009]实现上述目的爱用以下技术方案:
[0010]—种多功能大比例尺立体放矿模型，该放矿模型主要由箱体和底座构成，其特征在于，所述箱体内分为覆盖层部分和矿石分段部分，覆盖层部分和矿石部分之间用紧固件连接;用以模拟采矿层的矿石分段部分分为多层，每一层分别设置有进路，进路的端部有进路口，矿石分段部分的两端侧壁上开设有用以插入模拟矿壁钢筋的矿壁插孔，钢筋插进矿壁插孔内，形成栅式嫁接矿壁，底座位于矿石分段部分的底部与箱体连接。
[0011]作为优选，所述模型是按1:50比例制作的三维物理放矿实验立体模型。
[0012]作为优选，所述模型的箱体由壁板、立柱组成，箱体的壁板与箱体立柱铰接。
[0013]作为优选，所述箱体是高2.245m，长1.125m，宽1.2m的长方体。
[0014]作为优选，所述模型的底座为矩形结构。
[0015]作为优选，所述的矿石分段部分的每个分段分别设有多个进路，该进路菱形布置，进路的断面呈矩形结构。
[0016]作为优选，矿石分段部分的每个分段分别设有三个进路。
[0017]作为优选，箱体侧壁的矿壁插孔倾斜角度各异。
[0018]一种与多功能大比例尺立体放矿模型配套使用的放矿模拟铲，所述放矿模拟铲包括铲把、铰结轴、铲斗，铲斗通过铰结轴与铲把铰接为一体。
[0019]采用上述技术方案，与现有技术相比，本模型采用相似模拟理论和边界控制理论，进行高相似度的物理模拟实验。模型本体可以灵活更改分段高度、进路间距、崩矿步距、矿壁倾角等技术参数，有效实现无底柱分段崩落放矿。可实现对不同分段高度进行模拟;对不同进路间距进行模拟;对不同崩矿步距进行模拟;对不同端壁倾角进行模拟。该模型采用栅式嫁接矿壁技术，顺利实现放矿过程中松散矿岩与矿壁自行摩擦，解决了形成前倾漏斗的相似问题。而且提供了一种与模型配套使用的铰接式活动铲斗，采用铰接式活动铲斗代替传统的耙式铲。高度模拟铲运机铲矿方式，有效控制实验中矿石运搬对椭球体发育的影响，对矿山工业实验有较高的借鉴意义。
【附图说明】
[0020]图1是本实用新型的箱体主视图。
[0021]图2是图的左视图。
[0022]图3是本实用新型的底座剖面图。
[0023]图4是本实用新型放矿模拟铲的示意图。
[0024]图中标记，箱体I，覆盖层部分2，矿石分段部分3，进路4，底座5，下分段层6，下分段顶板7，中分段底板8，中分段层9，上分段层10，钢筋插孔11，螺栓12，铲把13，铲轴14，铲斗15ο
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本实用新型做进一步的描述。
[0026]附图1-4，给出了本实用新型一个实施例的大比例尺立体模拟放矿模型，该放矿模型由箱体I和底座5组成，箱体I为立方体，箱体I内分为覆盖层部分2和矿石分段部分3，覆盖层部分2和矿石分段部分3之间采用螺栓连接。矿石分段部分3分为若干层，用以模拟若干采矿层，本实施例分为三层，分别是:下分段层6，中分段层9，上分段层10。在下分段层6，中分段层9，上分段层10的每一层上分别设置有进路4，多个进路4呈菱形布置，每个进路4的断面均为矩形结构。进路4的端部有进路口。在矿石分段部分3的两端侧壁上还开设有若干钢筋插孔11，用以插入模拟矿壁的钢筋。钢筋插进钢筋插孔11内，形成栅式嫁接矿壁，用栅式嫁接矿壁代替传统的板式矿壁。
[0027]见图1，箱体I为立方体，高1.8m，长1.125m，宽1.2m，装入矿石和覆盖岩总量高达6.7t。箱体I的壁板与箱体立柱铰接。模拟矿壁采用钢筋，在箱体侧壁上钻凿不同倾斜角度的钢筋插孔11，实验时用钢筋调整定位端壁倾角，能实现不同端壁倾角的模拟。
[0028]见图1，图3，底座5是一矩形结构，位于矿石分段部分3的底部与箱体I用螺栓12连接，用以支撑整个模型。
[0029]本实施例提供了一种与多功能大比例尺立体放矿模型配套使用的放矿模拟铲，放矿模拟铲包括铲把13、铰结轴14、铲斗15，铲斗15通过铰结轴14与铲把13铰接为一体。用铰接式活动铲斗代替耙式铲。放矿模拟铲包括铲把、铰结轴、铲斗，铲斗通过铰结轴与铲把连接，这样能够高度模拟铲运机铲矿方式、尺寸和铲入深度，有