【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及矿业工程，特别是涉及高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置及方法。
技术介绍
1、充填采矿法目前被广泛采用，随着浅部资源的开采殆尽,大多数金属矿山逐步转为地下开采,在地下金属矿开采过程中，随着深度的增加,深井开采面临着高应力、高地温、高渗透压和强烈的开采扰动等一系列问题。在深井开采过程中，开采深度每向地下增加100m，温度平均升高1.7至3℃，显而易见，高地温环境必然会对胶结充填体的力学性能产生影响，致使充填体发生破坏，从而增加采矿成本，所以高地温环境是今后地下开采不得不面临的问题，因此探究高地温作用下胶结充填体的力学性能对矿山深部开采有着重要意义。随着采矿深度日益增加，地温梯度将使采场充填环境温度不断上升，温度场对充填行为特征、演化规律影响更加突出，不同温度场全尾砂充填料浆的固结沉降过程持续时间有所不同，影响采场充填过程的效率与安全性。如果对尾砂料浆的固结沉降性质认识不足，无法有效评估采场尾砂料浆固结过程中的固结状态，将极易引起挡墙垮塌、尾砂料浆淹没巷道等重大安全事故。因此，研究确定不同温度场矿山尾砂料浆的固结性质对优化制定合理的充填方案十分重要。
2、地温梯度将使采场充填环境温度不断上升，致使井下采场空区内安装监测仪器的安全风险和难度提高，为了将传感器布置在采场空区的不同高度，人员设备可能暴露在温度较高的空区内施工作业，被掉落碎石砸伤的安全风险提高同时增加由于温度引起的身体不适感。对于矿山采场空区采取原位监测，采场会被完全充填，无法进行重复试验。矿山采场原位监测耗费大量人力物力，同时会影响周边及
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置及方法，以解决现有技术存在的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置，包括：
3、底座；
4、模型箱，所述模型箱固定在所述底座顶面，所述模型箱前侧面敞口，且所述模型箱前侧可拆卸连接有透明盖板；
5、排水组件，所述排水组件对称设置有两组，所述模型箱相对两侧面分别开设有排水孔，两组所述排水组件分别与所述排水孔连通；
6、加热系统，所述加热系统包括安装在所述模型箱外壁上的加热组件，所述加热组件与控温组件连接；
7、数据采集系统，所述数据采集系统包括第一压力传感单元和第二压力传感单元，所述第一压力传感单元安装在所述模型箱侧壁，所述第二压力传感单元安装在所述模型箱底部；
8、终端控制器，所述控温组件、所述第一压力传感单元和第二压力传感单元均与所述终端控制器电性连接；
9、其中，所述模型箱顶部安装有顶盖，所述排水孔上覆盖有封堵层。
10、根据本专利技术提供的高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置，所述模型箱前侧固定有翼板，所述翼板与所述透明盖板之间通过螺栓固定连接，所述翼板与所述透明盖板之间设置有密封层。
11、根据本专利技术提供的高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置，所述排水组件包括排水管和集水桶，所述排水管与所述排水孔固定连通，所述集水桶放置在所述底座侧面，所述排水管与所述集水桶的顶端对应设置。
12、根据本专利技术提供的高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置，所述第一压力传感单元包括第一孔隙水压力传感器和第二孔隙水压力传感器，所述第一孔隙水压力传感器、所述第二孔隙水压力传感器均与第一数据采集器电性连接，所述第一数据采集器与所述终端控制器电性连接；所述第一孔隙水压力传感器安装在所述模型箱的内侧壁上，所述第二孔隙水压力传感器安装在所述模型箱的底壁上。
13、根据本专利技术提供的高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置，所述第一孔隙水压力传感器与所述模型箱底部之间的距离为60cm，所述第二孔隙水压力传感器与所述模型箱底部之间的距离为5cm。
14、根据本专利技术提供的高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置，所述第二压力传感单元包括电导率传感器，所述电导率传感器悬置在所述模型箱内，所述电导率传感器与第二数据采集器电性连接，所述第二数据采集器与所述终端控制器电性连接。
15、根据本专利技术提供的高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置，所述电导率传感器与所述模型箱底壁之间的距离为50cm。
16、根据本专利技术提供的高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置，所述加热系统包括固定在所述模型箱外壁上的加热板，所述加热板与所述控温组件连接，所述控温组件距离所述模型箱顶部之间的距离为20cm。
17、根据本专利技术提供的高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置，所述透明盖板上设置有刻度线。
18、高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟方法，包括如下步骤：
19、步骤一，分别将第一压力传感单元和第二压力传感单元安装在模型箱内，并将加热组件安装在模型箱上；
20、步骤二，根据模拟高地温采场中尾砂充填料浆的质量浓度和灰砂比，定量制备所需充填料浆，将封堵层覆盖在排水孔上；
21、步骤三，通过控温组件控制温度，将配置好的浆料沿模型箱内壁分单次或间隔预设时间后分多次倒入模型箱内；
22、步骤四，采集第一压力传感单元、第二压力传感单元以及温控单元的数据，记录所述料浆顶部下沉量，通过终端控制器进行数据储存，模拟测试不同温度条件下料浆固结沉降过程；
23、步骤五，浆料中的水通过封堵层渗出，通过排水组件收集排出的水，并通过量筒记录排出水的体积，模拟测试不同边界排水条件下料浆固结沉降过程。
24、本专利技术公开了以下技术效果：
25、本专利技术的模拟装置可重复利用，且数据准确，试验装置易操作、成本低、安全风险低。试验时通过调整实验排水边界和温度，使尾砂料浆所处模拟实验环境与实际采场相符度更高，且受传感器的扰动小，能准确监测尾砂充填料浆自重固结过程中孔隙水压力、电导率、基质吸力、料浆排水量和下沉量随时间的演化过程及规律，进而研究不同采场排水条件和不同温度场下尾砂充填料浆自重固结沉降过程，能为矿山制定安全高效的充填方案提供支持。
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1.高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置，其特征在于：所述模型箱(2)前侧固定有翼板(4)，所述翼板(4)与所述透明盖板(3)之间通过螺栓(5)固定连接，所述翼板(4)与所述透明盖板(3)之间设置有密封层(6)。
3.根据权利要求1所述的高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置，其特征在于：所述排水组件包括排水管(7)和集水桶(8)，所述排水管(7)与所述排水孔固定连通，所述集水桶(8)放置在所述底座(1)侧面，所述排水管(7)与所述集水桶(8)的顶端对应设置。
4.根据权利要求1所述的高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置，其特征在于：所述第一压力传感单元包括第一孔隙水压力传感器(9)和第二孔隙水压力传感器(10)，所述第一孔隙水压力传感器(9)、所述第二孔隙水压力传感器(10)均与第一数据采集器(11)电性连接，所述第一数据采集器(11)与所述终端控制器电性连接；所述第一孔隙水压力传感器(9)安装在所述模型箱(2)的内侧壁上，所述第二孔隙水压
5.根据权利要求4所述的高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置，其特征在于：所述第一孔隙水压力传感器(9)与所述模型箱(2)底部之间的距离为60cm，所述第二孔隙水压力传感器(10)与所述模型箱(2)底部之间的距离为5cm。
6.根据权利要求1所述的高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置，其特征在于：所述第二压力传感单元包括电导率传感器(12)，所述电导率传感器(12)悬置在所述模型箱(2)内，所述电导率传感器(12)与第二数据采集器(13)电性连接，所述第二数据采集器(13)与所述终端控制器电性连接。
7.根据权利要求6所述的高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置，其特征在于：所述电导率传感器(12)与所述模型箱(2)底壁之间的距离为50cm。
8.根据权利要求1所述的高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置，其特征在于：所述加热系统包括固定在所述模型箱(2)外壁上的加热板(14)，所述加热板(14)与所述控温组件(15)连接，所述控温组件(15)距离所述模型箱(2)顶部之间的距离为20cm。
9.根据权利要求1所述的高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置，其特征在于：所述透明盖板(3)上设置有刻度线。
10.高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟方法，基于权利要求1-9任一项所述的高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置，其特征在于：所述模型箱(2)前侧固定有翼板(4)，所述翼板(4)与所述透明盖板(3)之间通过螺栓(5)固定连接，所述翼板(4)与所述透明盖板(3)之间设置有密封层(6)。
3.根据权利要求1所述的高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置，其特征在于：所述排水组件包括排水管(7)和集水桶(8)，所述排水管(7)与所述排水孔固定连通，所述集水桶(8)放置在所述底座(1)侧面，所述排水管(7)与所述集水桶(8)的顶端对应设置。
4.根据权利要求1所述的高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置，其特征在于：所述第一压力传感单元包括第一孔隙水压力传感器(9)和第二孔隙水压力传感器(10)，所述第一孔隙水压力传感器(9)、所述第二孔隙水压力传感器(10)均与第一数据采集器(11)电性连接，所述第一数据采集器(11)与所述终端控制器电性连接；所述第一孔隙水压力传感器(9)安装在所述模型箱(2)的内侧壁上，所述第二孔隙水压力传感器(10)安装在所述模型箱(2)的底壁上。
5.根据权利要求4所述的高地温采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟装置，其特征在于：所述第一孔隙水压力...
【专利技术属性】
技术研发人员：张志红，谷慧超，郭利杰，张悦，刘光生，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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