一种模拟露天转井采岩体垮落及坑底防水试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种模拟露天转井采岩体垮落及坑底防水试验装置及方法，该试验包括模型箱、矿体模拟盒、传动系统和喷洒式人工降雨装置，模型箱用于在其内部放置根据实际矿区进行尺寸缩小后的矿体模拟盒和矿体相似材料，通过逐个抽取矿体模拟盒的箱体，模拟矿区无底柱分段崩落采矿过程矿体相似材料变形状况、应力变化状况和渗流状况；矿体模拟盒用于与矿体相似材料放置于模型箱中，在逐个抽取其所述下层箱体时模拟矿区无底柱分段崩落采矿过程；传动系统用于抽取矿体模拟盒中的下层箱体，并抽取所述下层箱体后拖拽其上方的下层箱体向下落至所抽取下层箱体位置处；喷洒式人工降雨装置用于通过控制水阀得到不同降雨量，模拟矿区不同降雨状况。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于采矿工程、矿山岩体力学和岩土工程
，具体涉及一种模拟露天转井采岩体垮落及坑底防水试验装置及方法。
技术介绍
随着国家对资源需求的日益增加，资源开采强度不断加大，浅部资源逐渐减少，矿山开采不断向深部发展。露天开采深度的不断增加，可开采浅部地表资源越来越少，剥离费用越来越高，同时开采的危险性也越来越大，这就使得露天开采必须转向地下开采。在深部资源开采方面，一般情况下，露天转地下开采矿床多具矿体埋藏延伸较深、覆盖层不厚和急倾斜等特点，这种特点决定了在初期对浅埋矿体的开采阶段具有投资少、投产快的优点，但随着露天开采深度的不断增加，露天开采的危险性及费用均在迅速增加，因此这类矿山必然逐步由露天开采向地下开采过渡，最终全面转为地下开采。而无底柱分段崩落采矿法是地下开采方法中的一种最为常见的方法。采用该方法开采深部矿体时须着重关注水害对开采作业的安全性的影响。充其原因可分为以下两方面：(1)特殊地形地貌特征决定了露天采场是地表水的汇聚点，地表水将汇入露天矿坑。(2)无底柱分段崩落采矿法的崩落矿石在崩落围岩覆盖下放出的特点，说明了采用无底柱分段崩落采矿法的表面覆盖层具有很高的透水性，汇聚在坑底的积水将经矿坑渗入地下采场，造成严重的水害。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一种模拟露天转井采岩体垮落及坑底防水试验装置及方法。一种模拟露天转井采岩体垮落及坑底防水试验装置，包括模型箱、矿体模拟盒、传动系统和喷洒式人工降雨装置；所述模型箱，用于在其内部放置根据实际矿区进行尺寸缩小后的矿体模拟盒和矿体相似材料，通过逐个抽取矿体模拟盒的箱体，模拟矿区无底柱分段崩落采矿过程矿体相似材料变形状况、应力变化状况和渗流状况；所述矿体模拟盒，包括顶面层箱体和下层箱体，所述下层箱体有多个，水平叠放于模型箱中，所述顶面层箱体放置于所述下层箱体上方；所述矿体模拟盒，用于与矿体相似材料放置于模型箱中，在逐个抽取其所述下层箱体时模拟矿区无底柱分段崩落采矿过程；所述传动系统，用于抽取矿体模拟盒中的下层箱体，并抽取所述下层箱体后拖拽其上方的下层箱体向下落至所抽取下层箱体位置处；所述喷洒式人工降雨装置，包括供水系统、水阀、潜水泵、压力表、流量表、供水管、喷头和金属框架，所述供水系统通过潜水泵连接供水管，所述供水管安装于金属框架上，所述供水管上设置有多个喷头，所述水阀、压力表和流量表安装于供水管上，所述金属架通过螺栓安装于所述模型箱上方；所述喷洒式人工降雨装置，用于通过控制水阀得到不同降雨量，模拟矿区不同降雨状况。所述模型箱，包括底座、第一侧立面、第二侧立面、第三侧立面和第四侧立面，所述第二侧立面与第四侧立面垂直固定于所述底座的两个短边上，所述第三侧立面垂直固定于所述底座的一个长边上，所述第一侧立面垂直设置于所述底座的中间或者所述底座的另一个长边上，所述第一侧立面通过高强螺栓与所述第二侧立面和所述第四侧立面相连接，所述第三侧立面通过焊接分别与所述第二侧立面和所述第四侧立面相连接，所述第一侧立面下端设置有一个可抽出矿体模拟盒箱体的矩形孔。所述顶面层箱体为由上面板和四个侧面板组成的五面封闭一面开口的铁盒，所述顶面层箱体上面板内侧焊接有两个安全吊钩，所述顶面层箱体一侧侧面板设置有两个螺纹孔；所述下层箱体有多个，各下层箱体均为由上面板和三个侧面板组成的两面开口的抽屉状铁盒，所述下层箱体上面板上设置有两个与所述顶面层箱体上面板安全吊钩位置配合的U型开口槽，所述下层箱体与U型开口槽相对的一侧侧面板设置有两个螺纹孔，所述下层箱体的侧面板的两个螺纹孔与顶面层箱体侧面板的两个螺纹孔垂直位置相同。所述传动系统包括第一电动绞盘、第二电动绞盘、固定支架和螺纹扣，所述第一电动绞盘和第二电动绞盘固定于所述固定支架上，所述螺纹扣安装于所述矿体模拟盒的箱体侧面板螺纹孔中。所述第一侧立面包括第一内面板、第一方钢支架和槽钢，所述第一方钢支架通过螺丝固定于第一内面板外侧，所述槽钢设置于第一内面板两侧，所述槽钢上设置有与高强螺栓配合的螺纹孔，所述第一内面板下端设置有一个可以抽出矿体模拟盒箱体的矩形孔，所述第一方钢支架通过焊接与槽钢相连接；所述第二侧立面包括第二内面板和第二方钢支架，所述第二方钢支架通过螺丝固定于第二内面板外侧，所述第二方钢支架的底端通过焊接固定于所述底座的一个短边上，所述第二方钢支架的垂直于底座的一侧通过焊接与所述第三侧立面的垂直于底座的一侧相连接，所述第二方钢支架的垂直于底座的另一侧立柱和中间立柱设置有安装高强螺栓的圆孔；所述第三侧立面包括第三内面板和第三方钢支架，所述第三方钢支架通过螺丝固定于第三内面板外侧，所述第三方钢支架的底端通过焊接固定于所述底座的一个长边上，所述第三方钢支架的两侧分别通过焊接固定于所述第二侧立面垂直于底座的一侧和所述第四侧立面垂直于底座的一侧；所述第四侧立面包括第四内面板和第四方钢支架，所述第四方钢支架通过螺丝固定于第四内面板外侧，所述第四方钢支架的底端通过焊接固定于所述底座的另一个短边上，所述第四方钢支架的垂直于底座的一侧通过焊接与所述第三侧立面的垂直于底座的另一侧相连接，所述第四方钢支架的垂直于底座的另一侧立柱和中间立柱设置有安装高强螺栓的圆孔；所述底座包括钢底板、第五方钢支架、工字钢支座、转向滑轮和横梁，所述第五方钢支架焊接于钢底板下方，所述工字钢支座有多个，各工字钢支座与钢底板短边平行且均匀分布，焊接于第五方钢支架下方，所述横梁焊接于第五方钢支架下方，且与工字钢支座垂直设置，所述转向滑轮有两个，均固定于横梁上，所述钢底板设置有两个与所述矿体模拟盒顶面层箱体上面板安全吊钩位置配合的钢底板圆孔，所述钢底板圆孔圆心与所述转向滑轮后方的垂直切线重合，所述钢底板上设置有两个排水孔。所述第一电动绞盘的钢绞线连接所述矿体模拟盒的顶面层箱体螺纹孔中的螺纹扣上或下层箱体侧面板螺纹孔中的螺纹扣上，所述第二电动绞盘的钢绞线通过所述矿体模拟盒钢底板上的转向滑轮并穿过所述模型箱钢底板的圆孔和所述矿体模拟盒的下层箱体的U型开口槽连接所述矿体模拟盒的顶面层箱体的安全吊钩，所述第一电动绞盘出线口的水平位置与所述矿体模拟盒中下层箱体侧面板两个螺纹孔水平位置相同，所述第二电动绞盘出线口的水平位置与所述模拟盒钢底板转向滑轮下切线位置相同。所述下层箱体的未设置螺纹孔的两个侧面板与所述下方箱体相接触处设置有滚珠，所述下层箱体与所述下方箱体相接触处设置有凹槽。所述顶面层箱体的上面板与侧面板相连接处、下层箱体的上面板与侧面板相连接处均焊接有三角形筋板。所述第一内面板、第三内面板和第四内面板采用PC板，所述第二内面板采用钢板，所述第一内面板上与所述第一方钢支架进行固定的螺丝孔、所述第三内面板上与所述第三方钢支架进行固定的螺丝孔和所述第四内面板上与所述第四方钢支架进行固定的螺丝孔均为阶梯状螺丝孔。采用模拟露天转井采岩体垮落及坑底防水试验装置进行试验的方法，包括以下步骤：步骤1：确定矿区地质条件和采矿方法，所述矿区地质条件包括地质构造、地层岩性、气候水文地质条件和矿体赋存特征；步骤2：根据所述矿区地质条件、采矿方法和模型箱尺寸大小确定模型相似比，根据模型相似比确定矿体模拟盒的尺寸和下层箱体的堆砌层数；步骤3：根据所述矿区地质条件、采矿方法以及所述模型相似比确本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟露天转井采岩体垮落及坑底防水试验装置，其特征在于，包括模型箱、矿体模拟盒、传动系统和喷洒式人工降雨装置；所述模型箱，用于在其内部放置根据实际矿区进行尺寸缩小后的矿体模拟盒和矿体相似材料，通过逐个抽取矿体模拟盒的箱体，模拟矿区无底柱分段崩落采矿过程矿体相似材料变形状况、应力变化状况和渗流状况；所述矿体模拟盒，包括顶面层箱体和下层箱体，所述下层箱体有多个，水平叠放于模型箱中，所述顶面层箱体放置于所述下层箱体上方；所述矿体模拟盒，用于与矿体相似材料放置于模型箱中，在逐个抽取其所述下层箱体时模拟矿区无底柱分段崩落采矿过程；所述传动系统，用于抽取矿体模拟盒中的下层箱体，并抽取所述下层箱体后拖拽其上方的下层箱体向下落至所抽取下层箱体位置处；所述喷洒式人工降雨装置，包括供水系统、水阀、潜水泵、压力表、流量表、供水管、喷头和金属框架，所述供水系统通过潜水泵连接供水管，所述供水管安装于金属框架上，所述供水管上设置有多个喷头，所述水阀、压力表和流量表安装于供水管上，所述金属架通过螺栓安装于所述模型箱上方；所述喷洒式人工降雨装置，用于通过控制水阀得到不同降雨量，模拟矿区不同降雨状况。

【技术特征摘要】
1.一种模拟露天转井采岩体垮落及坑底防水试验装置，其特征在于，包括模型箱、矿体模拟盒、传动系统和喷洒式人工降雨装置；所述模型箱，用于在其内部放置根据实际矿区进行尺寸缩小后的矿体模拟盒和矿体相似材料，通过逐个抽取矿体模拟盒的箱体，模拟矿区无底柱分段崩落采矿过程矿体相似材料变形状况、应力变化状况和渗流状况；所述矿体模拟盒，包括顶面层箱体和下层箱体，所述下层箱体有多个，水平叠放于模型箱中，所述顶面层箱体放置于所述下层箱体上方；所述矿体模拟盒，用于与矿体相似材料放置于模型箱中，在逐个抽取其所述下层箱体时模拟矿区无底柱分段崩落采矿过程；所述传动系统，用于抽取矿体模拟盒中的下层箱体，并抽取所述下层箱体后拖拽其上方的下层箱体向下落至所抽取下层箱体位置处；所述喷洒式人工降雨装置，包括供水系统、水阀、潜水泵、压力表、流量表、供水管、喷头和金属框架，所述供水系统通过潜水泵连接供水管，所述供水管安装于金属框架上，所述供水管上设置有多个喷头，所述水阀、压力表和流量表安装于供水管上，所述金属架通过螺栓安装于所述模型箱上方；所述喷洒式人工降雨装置，用于通过控制水阀得到不同降雨量，模拟矿区不同降雨状况。2.根据权利要求1所述的模拟露天转井采岩体垮落及坑底防水试验装置，其特征在于，所述模型箱，包括底座、第一侧立面、第二侧立面、第三侧立面和第四侧立面，所述第二侧立面与第四侧立面垂直固定于所述底座的两个短边上，所述第三侧立面垂直固定于所述底座的一个长边上，所述第一侧立面垂直设置于所述底座的中间或者所述底座的另一个长边上，所述第一侧立面通过高强螺栓与所述第二侧立面和所述第四侧立面相连接，所述第三侧立面通过焊接分别与所述第二侧立面和所述第四侧立面相连接，所述第一侧立面下端设置有一个可抽出矿体模拟盒箱体的矩形孔。3.根据权利要求1所述的模拟露天转井采岩体垮落及坑底防水试验装置，其特征在于，所述顶面层箱体为由上面板和四个侧面板组成的五面封闭一面开口的铁盒，所述顶面层箱体上面板内侧焊接有两个安全吊钩，所述顶面层箱体一侧侧面板设置有两个螺纹孔；所述下层箱体有多个，各下层箱体均为由上面板和三个侧面板组成的两面开口的抽屉状铁盒，所述下层箱体上面板上设置有两个与所述顶面层箱体上面板安全吊钩位置配合的U型开口槽，所述下层箱体与U型开口槽相对的一侧侧面板设置有两个螺纹孔，所述下层箱体的侧面板的两个螺纹孔与顶面层箱体侧面板的两个螺纹孔垂直位置相同。4.根据权利要求1所述的模拟露天转井采岩体垮落及坑底防水试验装置，其特征在于，所述传动系统包括第一电动绞盘、第二电动绞盘、固定支架和螺纹扣，所述第一电动绞盘和第二电动绞盘固定于所述固定支架上，所述螺纹扣安装于所述矿体模拟盒的箱体侧面板螺纹孔中。5.根据权利要求2所述的模拟露天转井采岩体垮落及坑底防水试验装置，其特征在于，所述第一侧立面包括第一内面板、第一方钢支架和槽钢，所述第一方钢支架通过螺丝固定于第一内面板外侧，所述槽钢设置于第一内面板两侧，所述槽钢上设置有与高强螺栓配合的螺纹孔，所述第一内面板下端设置有一个可以抽出矿体模拟盒箱体的矩形孔，所述第一方钢支架通过焊接与槽钢相连接；所述第二侧立面包括第二内面板和第二方钢支架，所述第二方钢支架通过螺丝固定于第二内面板外侧，所述第二方钢支架的底端通过焊接固定于所述底座的一个短边上，所述第二方钢支架的垂直于底座的一侧通过焊接与所述第三侧立面的垂直于底座的一侧相连接，所述第二方钢支架的垂直于底座的另一侧立柱和中间立柱设置有安装高强螺栓的圆孔；所述第三侧立面包括第三内面板和第三方钢支架，所述第三方钢支架通过螺丝固定于第三内面板外侧，所述第三方钢支架的底端通过焊接固定于所述底座的一个长边上，所述第三方钢支架的两侧分别通过焊接固定于所述第二侧立面垂直于底座的一侧和所述第四侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵安林，裴学斌，周仁杰，刘显峰，尹华光，徐能雄，刘京平，张彬，
申请(专利权)人：鞍钢集团矿业有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21