[发明专利]利用远红外加热技术提高原位充填体强度的装置及方法

说明书

本发明公开了一种利用远红外加热技术提高原位充填体强度的装置及方法，该装置包括支撑框架、加热管、温度传感器、温度控制器、应力传感器和应力控制器；其中，加热管布设在支撑框架中，温度传感器和应力传感器布设在支撑框架中心区域，温度传感器与温度控制器通信连接，应力传感器与应力控制器通信连接；加热管用于发射远红外线，以加热充填体；温度控制器用于控制充填体温度维持在特定范围，应力控制器用于当充填体内部应力达到最大应力时，切断电源。本发明能够实现原位充填体固化初期的加热养护，从而达到缩短充填体固化时间及快速提高充填体强度的目的，保证回采工作高效进行。

技术领域

本发明涉及充填采矿技术领域，特别涉及一种利用远红外加热技术提高原位充填体强度的装置及方法。

背景技术

矿产资源的开采在加速社会生产力发展的同时，也会造成一些负面影响，比如采空区塌陷，地下水污染以及尾矿堆存等。为实现矿井安全高效开采，防止采空区塌陷造成地表沉陷，目前采取的主要措施为充填采矿法，采用充填采矿法不仅仅将尾矿变废为宝，更治理了采空区问题，实现了“一废治多害”，成为了现在地下资源开采的主要采矿方法。

充填采矿法可分为矸石充填，尾砂胶结充填等方法，在金属矿床开采中采用的主流方法为尾砂胶结充填。将提炼出有利用价值金属后剩余的固体废弃物与一定比例的水泥和水在地面充填站进行充分搅拌获得均匀料浆，然后通过管道在压力泵或者自重的作用下实现料浆的输送，输送到采空区内的料浆通过采空区底部的挡墙将游离在料浆中的水分排出，提高料浆浓度，加速充填体水化反应产物的凝固。

由于充填体强度需要较长时间才能形成，在此过程中，温度对充填体的水化反应有明显影响，研究表明，温度对水泥水化反应影响较为敏感，随着温度的升高，水化反应速率逐渐增加，能够在更短的时间内增加水化产物，加速水化产物的产出，因此提高充填体温度能有效提高充填体强度。目前为止，除发明专利ZL202010001100.1公开的利用微波技术提高充填体早期强度的方法外，还没有方法能够实现对原位充填体升温养护。

发明内容

本发明提供了一种利用远红外加热技术提高原位充填体强度的装置及方法，以解决原位充填体强度形成较慢的问题，通过利用远红外加热技术，实现原位充填体实时加热，维持原位充填体内部水化反应最佳温度，达到加速水化产物的产生及快速提高原位充填体强度的目的。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种利用远红外加热技术提高原位充填体强度的装置，所述利用远红外加热技术提高原位充填体强度的装置包括：支撑框架、加热管、温度传感器、温度控制器、应力传感器和应力控制器；其中，

所述加热管布设在所述支撑框架中，所述温度传感器和所述应力传感器均布设在所述支撑框架的中心区域，且所述温度传感器与所述温度控制器之间通信连接，所述应力传感器与所述应力控制器之间通信连接；

所述加热管用于发射远红外线，以加热充填体；

所述温度传感器用于实时监测充填体内部温度，并将监测到的温度传输至所述温度控制器，当充填体内部温度低于预设的温度范围的下限值时，所述温度控制器控制所述加热管开始对填充体进行加热，当充填体内部温度高于所述温度范围的上限值时，所述温度控制器控制所述加热管停止对填充体进行加热；

所述应力传感器用于实时监测充填体内部应力，并将监测到的应力数据传输至所述应力控制器，当充填体内部应力达到预设的最大应力值时，所述应力控制器切断所述加热管的电源，以使得所述加热管停止对填充体进行加热。

可选地，所述支撑框架为立方体型的金属框架；

所述支撑框架的大小根据现场实际采空区大小进行设计，以使得在将所述支撑框架放入采空区后，所述支撑框架与周围围岩之间的距离为0.5m。

可选地，所述支撑框架上焊接有多个螺母，所述加热管穿设在所述螺母中。