[发明专利]深井含冰充填料浆充填及充填体应力分布实验装置及方法

摘要

本发明公开了一种深井含冰充填料浆充填及充填体应力分布实验装置，包括深井模拟机构、含冰充填料浆充填模拟机构、充填体加压机构和充填体应力分布数据采集系统，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、下料模拟机构和充填控制系统；充填体加压机构包括加压动力系统、压力加载板、传力板、液压千斤顶和传力座；充填体应力分布数据采集系统包括计算机、应力分布数据采集控制器、摄像头、位移传感器和声发射系统；本发明还公开了一种深井含冰充填料浆充填及充填体应力分布实验装置。本发明能够用于含冰充填料浆均匀充填、含冰充填体受压应变情况试验。

主权项

1.一种深井含冰充填料浆充填及充填体应力分布实验装置，其特征在于：包括深井模拟机构、含冰充填料浆充填模拟机构、充填体加压机构和充填体应力分布数据采集系统，所述深井模拟机构包括立方体框架结构的保温箱体(1)和设置在保温箱体(1)内的上隔板(5‑1)和下隔板(5‑2)，所述保温箱体(1)内位于上隔板(5‑1)上方的区域为未开采岩体层模拟区域(2)，所述未开采岩体层模拟区域(2)内填充有岩体；所述保温箱体(1)内位于上隔板(5‑1)与下隔板(5‑2)之间的区域为采场模拟区域(3)，所述保温箱体(1)内位于下隔板(5‑2)下方的区域为充填体模拟区域(4)，位于未开采岩体层模拟区域(2)的保温箱体(1)为由顶部保温板、左侧保温板、右侧保温板、前侧保温板和后侧保温板构成的底部开口箱体，位于采场模拟区域(3)的保温箱体(1)为由左侧保温板、右侧保温板、前侧保温板和后侧保温板构成的顶部和底部开口箱体，位于未开采岩体层模拟区域(2)的保温箱体(1)的顶部保温板内壁上、左侧保温板内壁上、右侧保温板内壁上、前侧保温板内壁上和后侧保温板内壁上均设置有加热腔，位于采场模拟区域(3)的保温箱体(1)的左侧保温板内壁上、右侧保温板内壁上、前侧保温板内壁上和后侧保温板内壁上均设置有加热腔；位于充填体模拟区域(4)的保温箱体(1)为由底部保温板、左侧保温板、右侧保温板和后侧保温板构成的顶部和前侧开口箱体，位于充填体模拟区域(4)的保温箱体(1)的底部保温板内壁上、左侧保温板内壁上、右侧保温板内壁上和后侧保温板内壁上均设置有加热腔，所述加热腔内设置有碳纤维电热板(7)和用于对所述加热腔内的温度进行实时检测的加热腔温度传感器(20)，所述未开采岩体层模拟区域(2)内设置有未开采岩体层传感器安装管(21)，所述采场模拟区域(3)内设置有采场区传感器安装管(22)，所述充填体模拟区域(4)内设置有用于充填含冰充填料浆的抽屉式充填盒(6)，所述抽屉式充填盒(6)内设置有充填区传感器安装管(53)，位于充填体模拟区域(4)的保温箱体(1)的左侧保温板上转动连接有左侧门(8)，位于充填体模拟区域(4)的保温箱体(1)的右侧保温板上转动连接有右侧门(9)；所述含冰充填料浆充填模拟机构包括料浆搅拌输送模拟机构、下料模拟机构和充填控制系统，所述料浆搅拌输送模拟机构包括导轨(11)和在导轨(11)上行走的移动小车台架(12)，所述移动小车台架(12)顶部设置有含冰充填料浆搅拌机(13)，所述含冰充填料浆搅拌机(13)的出料口连接有向下倾斜设置的含冰充填料浆输送管道(14)，所述含冰充填料浆输送管道(14)上设置有料浆输送电磁阀(40)，所述移动小车台架(12)包括用于带动移动小车台架(12)的行走轮(12‑1)沿导轨(11)行走的行走电机(15)；所述下料模拟机构包括流浆漏斗(16)、下料板(57)和固定连接在下料板(57)底面上呈蛇形盘旋布置的齿条(17)，所述流浆漏斗(16)的外壁上固定连接有下料电机(18)，所述下料电机(18)的输出轴上固定连接有与齿条(17)相啮合的齿轮(19)，所述流浆漏斗(16)的底部设置有流浆管(25)，所述流浆管(25)上设置有料浆流量控制电磁阀(26)；所述充填控制系统包括充填控制器(32)，所述流浆漏斗(16)内设置有用于对流浆漏斗(16)内含冰充填料浆的料位进行实时检测的料位传感器(35)，所述料位传感器(35)的输出端与充填控制器(32)的输入端连接；所述含冰充填料浆输送管道(14)的底部设置有用于检测流浆漏斗(16)是否已到达其下方的测距传感器(36)，所述测距传感器(36)的输出端与充填控制器(32)的输入端连接；所述充填控制器(32)的输出端接有用于驱动行走电机(15)的行走电机驱动器(37)、用于驱动下料电机(18)的下料电机驱动器(38)、用于对碳纤维电热板(7)的通断电进行控制的第一继电器(39)、用于驱动料浆输送电磁阀(40)的第一电磁阀驱动器(41)和用于驱动料浆流量控制电磁阀(26)的第二电磁阀驱动器(42)，所述行走电机(15)与行走电机驱动器(37)的输出端连接，所述下料电机(18)与下料电机驱动器(38)的输出端连接，所述料浆输送电磁阀(40)与第一电磁阀驱动器(41)的输出端连接，所述料浆流量控制电磁阀(26)与第二电磁阀驱动器(42)的输出端连接；所述充填体加压机构包括加压动力系统、设置在抽屉式充填盒(6)上方的压力加载板(73)和放置在抽屉式充填盒(6)内充填体顶部的传力板(74)，所述压力加载板(73)的底部均匀吊装有四个液压千斤顶(75)，所述传力板(74)的顶部设置有四个分别对应位于四个液压千斤顶(75)正下方的传力座(76)；所述加压动力系统包括液压油箱(60)和一端与液压油箱(60)连接的液压千斤顶进油总管(61)，所述液压千斤顶进油总管(61)的另一端通过第一同步阀(62)连接有第一液压千斤顶进油支管(63)和第二液压千斤顶进油支管(64)，所述第一液压千斤顶进油支管(63)上通过第二同步阀(66)连接有两条液压千斤顶进油分管(65)，所述第二液压千斤顶进油支管(64)上通过第三同步阀(67)连接有两条液压千斤顶进油分管(65)，四条液压千斤顶进油分管(65)分别对应与四个液压千斤顶(75)的油口连接，所述液压千斤顶进油总管(61)上从连接液压油箱(60)到第一同步阀(62)的方向依次连接有双向油泵(68)、换向阀(69)和压力计(70)，位于换向阀(69)和压力计(70)之间的一段液压千斤顶进油总管(61)上连接有接入液压油箱(60)的溢流管(71)，所述溢流管(71)上连接有溢流阀(72)；所述下隔板(5‑2)、下料板(57)和压力加载板(73)均通过抽拉式滑轨活动连接在保温箱体(1)内，所述保温箱体(1)内两侧侧壁上靠近抽屉式充填盒(6)顶部的位置处均设置有隔板定滑轨(55)，所述下隔板(5‑2)的两侧均设置有与隔板定滑轨(55)相配合构成抽拉式滑轨的隔板动滑轨(56)；所述保温箱体(1)内两侧侧壁上位于隔板定滑轨(55)上方的位置处设置有下料板或压力加载板定滑轨(58)，所述下料板(57)的两侧均设置有与下料板或压力加载板定滑轨(58)相配合构成抽拉式滑轨的下料板动滑轨(59)，所述压力加载板(73)的两侧均设置有与下料板或压力加载板定滑轨(58)相配合构成抽拉式滑轨的压力加载板动滑轨(77)；所述充填体应力分布数据采集系统包括计算机(33)、应力分布数据采集控制器(79)、吊装在压力加载板(73)的底部且用于拍摄抽屉式充填盒(6)内充填体表面图像的摄像头(80)和均匀布设在压力加载板(73)的底部且用于对抽屉式充填盒(6)内充填体的应力应变位移进行实时检测的多个位移传感器(81)，以及声发射传感器(82)与抽屉式充填盒(6)内充填体相接触的声发射系统；所述压力计(70)的输出端、摄像头(80)的输出端和多个位移传感器(81)的输出端均与应力分布数据采集控制器(79)的输入端连接，所述应力分布数据采集控制器(79)的输出端接有油泵驱动器(83)和换向阀驱动器(84)，所述双向油泵(68)与油泵驱动器(83)的输出端连接，所述换向阀(69)与换向阀驱动器(84)的输出端连接；所述充填控制器(32)和应力分布数据采集控制器(79)均与计算机(33)相接。