一种超大型三维深部金属矿智能充填全过程模拟系统技术方案

一种超大型三维深部金属矿智能充填全过程模拟系统，提出了充填全过程模拟技术，通过充填料浆制备模块，可模拟尾砂浓密和充填料制备过程，可实现深部金属矿充填料浆管道输送过程模拟，可实现充填体固化和承载过程模拟。本发明专利技术提出了与工程实际相符的充填体加载技术，可实现5m级试样三向加载，最大加载能力达6MPa，最高加热温度达80℃，可等效模拟3000m埋深采场充填体的三向高应力高温加载模拟。本发明专利技术完善了充填体固化与承载过程监测技术，通过孔隙水压传感器、土总压力传感器和温度传感器，实现水化进程、挡墙压力和水化放热量的获取，通过应力应变集成传感器和微震监测传感器，实现充填体承载过程中变形破坏特征以及充填体

【技术实现步骤摘要】
一种超大型三维深部金属矿智能充填全过程模拟系统


[0001]本专利技术属于金属矿山充填
，特别是涉及一种超大型三维深部金属矿智能充填全过程模拟系统。

技术介绍

[0002]随着金属矿产资源需求的不断增长和千米级浅资源的逐步消耗殆尽，越来越多的金属矿山转入深部开采。在深部高地应力作用下，采矿开挖将形成破坏性的地压活动，导致岩爆、塌方、冒顶、突水等开采动力灾害的发生，严重影响生产安全和正常作业，而充填成为深部金属矿开采控制地压必不可少的手段。
[0003]深部金属矿开采普遍面临高井深、高地应力、高地温和强烈开采扰动的问题，这也给充填带来了一系列难题，具体包括以下几个方面：
[0004]①
、充填管道压力大、冲击磨损严重、堵管爆管频发；
[0005]②
、充填体刚度与高应力环境不匹配，支撑作用弱；
[0006]③
、充填材料水化放热大，加剧了深井高温热害问题；
[0007]④
、大高度大跨度采场充填体稳定性差。
[0008]目前，国内外深部金属矿充填面临着满管率低、冲击磨损严重、堵管爆管事故频发、充填体稳定性差、充填体水化放热量大、接顶率低、承载力差等技术难题。为此，国内外相关学者专家相继研发了一系列的深部金属矿充填模拟试验系统及设备，但仍存在以下几点不足：
[0009]①
、智能化仅局限于设备运行参数调控
[0010]现有的智能充填试验系统及设备，仅实现了充填料浆制备和输送环节的智能化调控，未涉及基于充填体性能目标(强度、变形、放热量、流动性、接顶率等)的智能化决策和管控，同时也未涉及充入空区后的充填材料性态(孔隙水压、挡墙压力、接顶率等)对充填料浆制备和输送环节中设备工艺的智能反馈调控；
[0011]②
、未实现充填全过程模拟试验
[0012]现有的智能充填试验系统及设备，主要聚焦充填材料、充填料浆管道输送等局部问题，未涉及整个系统(浓密
‑
搅拌
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输送
‑
充填体性能
‑
智能管控)的性能及充填体目标；
[0013]③
、模拟环境与实际工程条件不符
[0014]现有的充填体力学行为模拟试验设备，多为圆筒加压物理模型及平面加载物理模型，且试验温度多为常温环境，不能客观表征充填体和围岩的三向受力和高温环境条件。

技术实现思路

[0015]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种超大型三维深部金属矿智能充填全过程模拟系统，提出了充填全过程模拟技术，提出了与工程实际相符的充填体加载技术，完善了充填体固化与承载过程监测技术。
[0016]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种超大型三维深部金属矿智能
充填全过程模拟系统，包括智能管控平台、PLC控制柜、充填料浆制备模块、充填料浆输送模块及充填体加载模块；所述智能管控平台通过PLC控制柜与充填料浆制备模块、充填料浆输送模块及充填体加载模块通信连接；所述充填料浆制备模块通过充填料浆输送模块与充填体加载模块管道连接。
[0017]所述充填料浆制备模块包括尾砂浆池、低浓度尾砂浆泵、浓密机、絮凝剂池、絮凝剂加药计量泵、沉淀池、清水池、搅拌机、清水池计量泵、底流泵、胶结料仓、双管螺旋称重给料机、废石仓及振动放矿机；所述尾砂浆池的出料口与低浓度尾砂浆泵的进料口相连通，低浓度尾砂浆泵的出料口与浓密机的进料口相连通；所述絮凝剂池的出料口与絮凝剂加药计量泵的进料口相连通，絮凝剂加药计量泵的出料口与浓密机的进料口相连通；所述浓密机的液相排料口与沉淀池的进料口相连通，沉淀池的澄清液排出口与清水池的进液口相连通，清水池的出液口与清水池计量泵的进液口相连通，清水池计量泵的出液口与搅拌机的进料口相连通；所述浓密机的固相排料口与底流泵的进料口相连通，底流泵的出料口与搅拌机的进料口相连通；所述胶结料仓的出料口与双管螺旋称重给料机的进料口相连通，双管螺旋称重给料机的出料口与搅拌机的进料口相连通；所述搅拌机的出料口接入充填料浆输送模块；所述废石仓的出料口与振动放矿机的进料口相连通，振动放矿机的出料口接入充填料浆输送模块。
[0018]在所述清水池计量泵的出料口安装有自动水阀；在所述胶结料仓上安装有料位计，在胶结料仓的出料口安装有板式闸阀；在所述浓密机的出料口安装有扭矩指示仪，在浓密机上安装有液位计和耙架提升指示器；在所述底流泵出料口与搅拌机进料口之间的管道上依次安装有第一流量计和浓度计。
[0019]所述充填料浆输送模块包括充填泵和输送环管；所述输送环管一端与充填泵的进料口相连通，输送环管另一端与充填泵的出料口相连通；所述搅拌机的出料口与充填泵的进料泵斗相连通；所述输送环管分为水平走向段和垂直走向段；在所述水平走向段上设置有第一变径区和第二变径区，第一变径区和第二变径区在水平走向段上均采用可拆卸结构；所述垂直走向段一端通过第一弯头与水平走向段相连通，垂直走向段另一端通过第二弯头与水平走向段相连通；在所述第一变径区一端安装有料浆输出接头，所述输送环管通过料浆输出接头接入充填体加载模块。
[0020]在所述充填泵的出料口安装有第二流量计；在所述垂直走向段的顶部安装有截止阀；在所述第一变径区的两端分别安装有第一压力计和第二压力计；在所述第二变径区的两端分别安装有第三压力计和第四压力计；在所述充填泵出料口与第二变径区之间的管道上安装有第五压力计；在所述垂直走向段与第一变径区之间的管道上安装有第六压力计；在所述垂直走向段的两端分别安装有第七压力计和第八压力计。
[0021]所述充填体加载模块包括三维应力加载装置、温度施加与控制装置、柔性机械臂开挖装置、原位检测系统、试样3D打印机、液压油源及控制器；所述三维应力加载装置包括水平向反力框架和竖直向反力框架，竖直向反力框架位于水平向反力框架内侧，竖直向反力框架采用可升降结构；所述试样3D打印机并列设置在三维应力加载装置侧方；所述竖直向反力框架内部用于安装围岩相似材料物理模型试样，围岩相似材料物理模型试样通过试样3D打印机进行制备；所述柔性机械臂开挖装置并列设置在三维应力加载装置侧方，通过柔性机械臂开挖装置在围岩相似材料物理模型试样中心进行开挖，模拟充填空区；所述充
填空区与料浆输出接头通过管道相连通，充填空区用于制备充填体物理模型试样；所述液压作动器共设有六组，在所述水平向反力框架内部沿周向均布设有四组液压作动器，在所述竖直向反力框架的顶部和底部分别设有一组液压作动器；在所述液压作动器与围岩相似材料物理模型试样之间安装有隔热板；在所述水平向反力框架侧部设有开挖孔道，与开挖孔道的液压作动器采用穿心式液压作动器，开挖孔道与穿心式液压作动器的中心孔同轴分布，所述柔性机械臂开挖装置与水平向反力框架上的开挖孔道同侧分布；所述液压油源设置在三维应力加载装置外部，液压油源与液压作动器相连通；所述围岩相似材料物理模型试样内部预埋有加热管，所述温度施加与控制装置与加热管电连接；所述原位检测系统预埋安装在围岩相似材料物理模型试样本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超大型三维深部金属矿智能充填全过程模拟系统，其特征在于：包括智能管控平台、PLC控制柜、充填料浆制备模块、充填料浆输送模块及充填体加载模块；所述智能管控平台通过PLC控制柜与充填料浆制备模块、充填料浆输送模块及充填体加载模块通信连接；所述充填料浆制备模块通过充填料浆输送模块与充填体加载模块管道连接。2.根据权利要求1所述的一种超大型三维深部金属矿智能充填全过程模拟系统，其特征在于：所述充填料浆制备模块包括尾砂浆池、低浓度尾砂浆泵、浓密机、絮凝剂池、絮凝剂加药计量泵、沉淀池、清水池、搅拌机、清水池计量泵、底流泵、胶结料仓、双管螺旋称重给料机、废石仓及振动放矿机；所述尾砂浆池的出料口与低浓度尾砂浆泵的进料口相连通，低浓度尾砂浆泵的出料口与浓密机的进料口相连通；所述絮凝剂池的出料口与絮凝剂加药计量泵的进料口相连通，絮凝剂加药计量泵的出料口与浓密机的进料口相连通；所述浓密机的液相排料口与沉淀池的进料口相连通，沉淀池的澄清液排出口与清水池的进液口相连通，清水池的出液口与清水池计量泵的进液口相连通，清水池计量泵的出液口与搅拌机的进料口相连通；所述浓密机的固相排料口与底流泵的进料口相连通，底流泵的出料口与搅拌机的进料口相连通；所述胶结料仓的出料口与双管螺旋称重给料机的进料口相连通，双管螺旋称重给料机的出料口与搅拌机的进料口相连通；所述搅拌机的出料口接入充填料浆输送模块；所述废石仓的出料口与振动放矿机的进料口相连通，振动放矿机的出料口接入充填料浆输送模块。3.根据权利要求2所述的一种超大型三维深部金属矿智能充填全过程模拟系统，其特征在于：在所述清水池计量泵的出料口安装有自动水阀；在所述胶结料仓上安装有料位计，在胶结料仓的出料口安装有板式闸阀；在所述浓密机的出料口安装有扭矩指示仪，在浓密机上安装有液位计和耙架提升指示器；在所述底流泵出料口与搅拌机进料口之间的管道上依次安装有第一流量计和浓度计。4.根据权利要求3所述的一种超大型三维深部金属矿智能充填全过程模拟系统，其特征在于：所述充填料浆输送模块包括充填泵和输送环管；所述输送环管一端与充填泵的进料口相连通，输送环管另一端与充填泵的出料口相连通；所述搅拌机的出料口与充填泵的进料泵斗相连通；所述输送环管分为水平走向段和垂直走向段；在所述水平走向段上设置有第一变径区和第二变径区，第一变径区和第二变径区在水平走向段上均采用可拆卸结构；所述垂直走向段一端通过第一弯头与水平走向段相连通，垂直走向段另一端通过第二弯头与水平走向段相连通；在所述第一变径区一端安装有料浆输出接头，所述输送环管通过料浆输出接头接入充填体加载模块。5.根据权利要求4所述的一种超大型三维深部金属矿智能充填全过程模拟系统，其特征在于：在所述充填泵的出料口安装有第二流量计；在所述垂直走向段的顶部安装有截止阀；在所述第一变径区的两端分别安装有第一压力计和第二压力计；在所述第二变径区的两端分别安...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜海强，冯夏庭，张希巍，付有，王卓然，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：