[发明专利]深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置及方法

说明书

本发明公开了一种深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置，包括深井模拟机构、含冰充填料浆充填模拟机构和数据采集控制系统，深井模拟机构包括保温箱体、未开采岩体层模拟区域、采场空气调节系统、采场模拟区域和充填体模拟区域；含冰充填料浆充填模拟机构包括料浆搅拌输送模拟机构和下料模拟机构；数据采集控制系统包括未开采岩体层传感器组、采场模拟区域传感器组、充填体模拟区域传感器组、控制器和计算机；本发明还公开了一种深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置。本发明设计新颖合理，能够很好地用于进行含冰充填料浆均匀充填和深井充填开采的充填体采场降温试验，并用于高温深井地热开采的理论研究，实用性强。

技术领域

本发明属于深井开采实验室模拟技术领域，具体涉及一种深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置及方法。

背景技术

随着矿产资源开发过程节能减排及环保要求日益严格，无废清洁采矿是未来矿业发展的必然趋势，为实现绿色、安全生产，充填技术的应用在资源开发中必不可少。充填采矿法可以将地表堆积废料回填到井下，从而大大提高回采作业安全程度，提高深部资源回收率30％，且解决地表堆积废料造成的环境污染，实现绿色开采。

目前，浅部矿产资源逐渐减少和枯竭，开采深度越来越大，我国面临深部开采的矿山占全国矿山总数的90％。深部开采将面临高地应力、高地温等诸多问题，导致开采难度加大、作业环境恶化、通风降温和生产成本急剧增加，降温系统耗电量约占深井开采总耗电量的25％以上，为深部资源开采提出了严峻挑战，亟待研究高效、节能、安全可靠的矿井降温系统。

将充填采矿法与矿井降温相结合，利用充填体对采场进行降温是一种新颖的矿井降温方式。基于“蓄冷-相变降温充填”思想，将冰粒与充填料浆搅拌制成含冰充填材料进行充填，随着冰的融化，吸收相变潜热，从而实现对临近采场的降温。这种降温方式具有多方面的优势：冰是一种携有高品位冷量的物质，1kg的冰融化可以吸收335kJ的热量，相当于8kg的水温度升高10℃吸收的热量，将冰掺入充填体能够实现更高效的降温；冰融化后为水，绿色环保，不会对环境造成污染，而且融化后的水与充填材料中的胶结材料发生水化反应，固结后能保证充填体的强度；与常规井下空调相比，不需要在每个采场布置复杂的空调管线，投资小、施工及管理简洁；充填可使采场原岩暴露面积大大减小，从而降低了原岩的散热面积，因此可以降低原岩的热量散发；充填体能有效地阻止风流渗漏，在一定程度上避免废风串联，从而提高风流的利用率，有效的降低坑内温度。含冰充填体具有降温效率高，绿色环保，经济性高等优点，是高温井下采矿技术发展的趋势。

为了研究含冰充填体在高温深井下的应用，需要先进行理论研究，研究含冰充填料浆充填体的采场降温情况，而在进行理论研究时，还需要进行大量的试验，这些试验，如果每个都放到实际的采场去做，耗费的人力物力高，且试验效率低，因此，如果能有一套深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置，将很好地解决以上问题，但是，现有技术中还缺乏这样的装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种设计新颖合理、实现方便且成本低、使用操作方便、使用寿命长、能够很好地用于进行含冰充填料浆均匀充填和深井充填开采的充填体采场降温试验、并用于高温深井地热开采的理论研究、实用性强、使用效果好、便于推广使用的深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置。