[发明专利]一种充填采场模拟装置及模拟方法

权利要求书

1.一种充填采场模拟装置，其特征在于，包括采空区模拟箱(9)、充填系统、控温系统、加湿系统、数据采集系统；

采空区模拟箱(9)的左侧及右侧设有用于放置充填管道(2)的梁结构(5)，梁结构(5)呈冂型，梁结构(5)可移动安装在装置底座(10)上，并横跨在采空区模拟箱(9)上方，梁结构(5)上部设有固定充填管道(2)的可移动固定板(6)；

充填系统包括搅拌桶(1)、充填管道(2)、压力泵(3)，充填管道(2)一端与搅拌桶(1)连接，另一端为出浆口端，该端安装在固定板(6)上，压力泵(3)串联在充填管道(2)上；

控温系统包括电阻丝(12)、控温按钮(15)、显示屏(14)，电阻丝(12)安装在装置底座(10)上，控温按钮(15)、显示屏(14)安装在装置底座(10)一侧边上；

加湿系统包括喷头(19)、水泵，喷头(19)为若干个，安装在采空区右侧梁结构(5)的上部左侧与右侧，将喷头(19)通过注水管道(7)与水泵相连；

数据采集系统包括手持式三维扫描仪(20)、控制器(21)，手持式三维扫描仪(20)安装在右侧梁结构(5)的顶部中间位置，手持式三维扫描仪(20)与控制器(21)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种充填采场模拟装置，其特征在于，所述装置底座(10)呈长方体状，中间设有模拟箱固定凹槽(27)，采空区模拟箱(9)设置在模拟箱固定凹槽(27)内；所述装置底座(10)的前后侧设有滑道(11)，梁结构(5)底部设有滑轮(24)，滑轮(24)与滑道(11)配合。

3.根据权利要求1所述的一种充填采场模拟装置，其特征在于，所述梁结构(5)上部设有滑道(11)，固定板(6)底部设有滑轮(24)，滑轮(24)与滑道(11)滑动配合。

4.根据权利要求1所述的一种充填采场模拟装置，其特征在于，所述采空区模拟箱(9)左侧及右侧均设有排水系统，排水系统包括排水板(18)、排水槽(25)、排水孔(16)、排水管，排水板(18)内侧贴有编织袋(22)，排水板(18)上设有若干排水孔(16)，排水槽(25)位于排水板(18)底部，排水孔(16)汇流于排水槽(25)，排水槽(25)与排水管道连接。

5.根据权利要求1所述的一种充填采场模拟装置，其特征在于，所述采空区模拟箱(9)内部及上部均设有用于模拟采空区的不同形状的凹槽(23)。

6.根据权利要求1所述的一种充填采场模拟装置，其特征在于，所述梁结构(5)下部设有可升降调节的液压缸(4)。

7.根据权利要求1所述的一种充填采场模拟装置，其特征在于，所述采空区模拟箱(9)采用钢化玻璃制作而成，采空区模拟箱(9)左端及右端均刻有刻度值。

8.根据权利要求2所述的一种充填采场模拟装置，其特征在于，所述梁结构(5)通过梁结构固定装置(13)限位，梁结构固定装置(13)主要由螺栓(8)、固定装置组成，固定装置夹持在滑道(11)上，螺栓(8)设置在固定装置外侧。

9.根据权利要求3所述的一种充填采场模拟装置，其特征在于，所述固定板(6)通过固定板固定装置(26)限位，固定板固定装置(26)主要由螺栓(8)、固定装置组成，固定装置夹住梁结构(5)上部，螺栓(8)设置在固定装置外侧。

10.一种充填采场模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：测量采场的高度、宽度、长度及形状并进行等比例缩小，据此确定采空区模拟箱(9)的大小及形状；根据现场工况确定料浆的下料点及下料方式，确定采场料浆流速，确定采场单次充填还是分几次充填，计算每次充填高度及每次充填的入料浓度；确定采场的温度及湿度变化，据此对采空区模拟箱(9)的温度及湿度进行适时调控；

步骤二：根据采场尺寸，适当调节采空区模拟箱(9)的高度、长度及形状；根据采场每一分层的入料浓度计算模拟采场每一分层充填体所需尾砂、水泥及水的质量，通过水泵调节料浆流速；改变管道布置位置及下料方式，研究不同的充填方式对料浆流动规律及充填体强度分布的影响程度，为采场提供一种最为适用的管道布置方式；

步骤三：利用充填系统进行充填，根据模拟箱表面刻度确定充填高度，注完一层后，待充填体固化，推动模拟箱右侧梁结构(5)对充填体进行扫描并实时输出分层面重构模型，研究不同下料方式对料浆流动规律及堆积形态的影响程度；间隔12-24小时后，调节料浆浓度继续注入下一层，待注满模拟箱后，按照采场的温度及湿度调节模拟箱的温度及湿度对模拟箱内部充填体进行养护，养护一段时间后，拆除钢化玻璃，对不同位置的充填体开钻取芯，研究充填体的强度分布规律。