[发明专利]一种超大型三维深部金属矿智能充填全过程模拟系统

说明书

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‑围岩相互作用机理的获取。

技术领域

本发明属于金属矿山充填技术领域，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。

背景技术

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。

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：

①、充填管道压力大、冲击磨损严重、堵管爆管频发；

②、充填体刚度与高应力环境不匹配，支撑作用弱；

③、充填材料水化放热大，加剧了深井高温热害问题；

④、大高度大跨度采场充填体稳定性差。

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：

①、智能化仅局限于设备运行参数调控

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；

②、未实现充填全过程模拟试验

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-输送-充填体性能-智能管控)的性能及充填体目标；

③、模拟环境与实际工程条件不符

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。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明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。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：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。