本發(fā)明涉及一種多資源協(xié)調(diào)開采模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)、以及應(yīng)用所述試驗(yàn)臺(tái)的方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富，尤其西部盆地共伴生資源多達(dá)幾十種，且呈空間垂直賦存關(guān)系。為充分開采各種礦物資源，最大程度的減少資源浪費(fèi)，多資源共伴生協(xié)調(diào)開采成為現(xiàn)在及今后資源開采領(lǐng)域的重要課題。為此各科研單位及高校進(jìn)行了相關(guān)研究，相比理論分析、數(shù)值模擬等研究手段，物理相似模擬分析可形象直觀的還原礦物賦存地質(zhì)條件，并探索多資源開采效應(yīng)及有效模擬預(yù)防礦山災(zāi)害?；谏鲜銮闆r，迫切需要一種多資源協(xié)調(diào)開采模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多資源賦存地質(zhì)環(huán)境精確還原，不同礦物開采工藝的模擬及相應(yīng)礦山災(zāi)害檢測(cè)及預(yù)防。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提出一種多資源協(xié)調(diào)開采模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，通過(guò)承載機(jī)構(gòu)構(gòu)建地質(zhì)模型，利用加載機(jī)構(gòu)進(jìn)行原始地應(yīng)力的還原，通過(guò)中央控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行加載控制儀、水流控制儀、地浸回采儀及礦物開采過(guò)程中地質(zhì)模型應(yīng)力應(yīng)變孔隙壓力的監(jiān)測(cè)分析，最終在三大機(jī)構(gòu)統(tǒng)一配合下，實(shí)現(xiàn)多資源礦物不同賦存層位上，協(xié)調(diào)開采的模擬，達(dá)到精確高效模擬多資源賦存地質(zhì)條件，探索多資源協(xié)調(diào)開采工藝及相應(yīng)礦山災(zāi)害檢測(cè)預(yù)防的目的。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種多資源協(xié)調(diào)開采模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，包括：

承載機(jī)構(gòu)，包括進(jìn)液孔、數(shù)據(jù)線、采煤架、位移計(jì)、應(yīng)變片、孔隙壓力計(jì)、加載板、流量計(jì)、集液槽、控制線、底托架、過(guò)濾孔、承載板、轉(zhuǎn)頭、固定栓、手柄、礦物模擬材料、浸溶液，所述加載板置有進(jìn)液孔、數(shù)據(jù)線，所述采煤架由承載板、轉(zhuǎn)頭、手柄構(gòu)成并置于加載板及底托架間，所述承載板上均勻布置有過(guò)濾孔并固定連接于轉(zhuǎn)頭下半部，所述手柄固定連接于轉(zhuǎn)頭外側(cè)中部，所述礦物模擬材料與浸溶液在由承載板構(gòu)成的空間內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，所述位移計(jì)、應(yīng)變片、孔隙壓力計(jì)置于加載板形成的內(nèi)部空間內(nèi)并與數(shù)據(jù)線相連，所述集液槽置于底托架下部其開口處設(shè)置流量計(jì)，所述流量計(jì)通過(guò)控制線與中央服務(wù)器相連；

加載機(jī)構(gòu)，包括軌道、加載架、遷移馬達(dá)、齒軌、加載千斤頂，所述加載架通過(guò)遷移馬達(dá)與軌道齒連接，所述加載千斤頂通過(guò)齒軌與加載架齒連接；

中央控制機(jī)構(gòu)，包括加載控制儀、油壓管、水流控制儀、進(jìn)回水管、地浸回采儀、輸液管、開采井筒、總線、中央服務(wù)器，所述中央服務(wù)器通過(guò)總線分別與加載控制儀、水流控制儀、地浸回采儀連接，所述加載控制儀通過(guò)油壓管與加載千斤頂相連，所述水流控制儀通過(guò)進(jìn)回水管與進(jìn)液孔相連，所述地浸回采儀通過(guò)輸液管與開采井筒相連。

優(yōu)選地，所述采煤架由置有過(guò)濾孔的承載板、轉(zhuǎn)頭、手柄構(gòu)成，其中轉(zhuǎn)頭為具有一定寬度的鋼圓柱，承載板為具有一定長(zhǎng)度的半圓柱并通過(guò)端頭兩固定栓與轉(zhuǎn)頭螺紋連接，手柄固定連接于轉(zhuǎn)頭中部。

優(yōu)選地，所述集液槽置于底托架下部其開口處設(shè)置流量計(jì)。

優(yōu)選地，所述進(jìn)液孔置于加載板中并通過(guò)進(jìn)回水管與水流控制儀相連。

優(yōu)選地，所述礦物模擬材料與浸溶液發(fā)生反應(yīng)后轉(zhuǎn)化為有色液體。

本發(fā)明還提出了一種多資源協(xié)調(diào)開采模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)應(yīng)用方法，應(yīng)用上述實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其包括如下實(shí)驗(yàn)步驟：

a、檢測(cè)并保證加載控制儀、水流控制儀、地浸回采儀及其他部件正常運(yùn)轉(zhuǎn)；

b、根據(jù)地質(zhì)模擬資料，調(diào)控加載板至合理位置，準(zhǔn)備并鋪設(shè)相似模擬材料及礦物模擬材料，同時(shí)放置孔隙壓力計(jì)、位移計(jì)、應(yīng)力計(jì)至相似模擬材料關(guān)鍵位置；

c、加載架通過(guò)軌道移置模型合理位置并固定，加載控制儀控制加載千斤頂通過(guò)加載板還原地應(yīng)力，水流控制儀通過(guò)進(jìn)液孔還原模型水壓環(huán)境；

d、根據(jù)設(shè)計(jì)回采工藝，通過(guò)采煤架中承載板進(jìn)行采煤，通過(guò)地浸回采儀利用開采井筒輸送浸溶液與礦物模擬材料反應(yīng)進(jìn)行地浸采礦；

e、利用孔隙壓力計(jì)、位移計(jì)、應(yīng)力計(jì)、流量計(jì)等進(jìn)行信息采集，并傳輸至中央服務(wù)器進(jìn)行分析處理；

f、實(shí)驗(yàn)完畢，保持實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，清除模擬材料，清洗實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并進(jìn)行通風(fēng)干燥處理。

與傳統(tǒng)三維模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明述及的多資源協(xié)調(diào)開采模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其中承載機(jī)構(gòu)中加載板為高強(qiáng)度透明有機(jī)玻璃板且為螺旋連接方便加壓千斤頂施加圍壓，采煤架可通過(guò)承壓板采煤，通過(guò)手柄旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)礦區(qū)破壞監(jiān)測(cè)構(gòu)，通過(guò)過(guò)濾孔結(jié)合流量計(jì)實(shí)現(xiàn)液體流量監(jiān)測(cè)；加載機(jī)構(gòu)中加載千斤頂通過(guò)齒軌連接對(duì)加載板加載位置進(jìn)行合理選擇；中央控制機(jī)構(gòu)中水流控制儀通過(guò)中央服務(wù)器控制對(duì)進(jìn)液孔的進(jìn)回流方向、速度及流量進(jìn)行精確控制，還原并調(diào)控原始水壓環(huán)境，地浸回采儀通過(guò)中央服務(wù)器控制對(duì)礦體溶浸液及回采礦液進(jìn)行多回采工藝的精確模擬；相似模擬材料中溶浸液可與固體礦物反應(yīng)并形成有色液體，便于多資源協(xié)調(diào)開采相互影響提供研究數(shù)據(jù)，最終在三大機(jī)構(gòu)統(tǒng)一配合下，實(shí)現(xiàn)多資源礦物不同賦存層位上，協(xié)調(diào)共采的模擬，達(dá)到精確高效模擬多資源賦存地質(zhì)條件，探索多資源共采工藝及相應(yīng)礦山災(zāi)害檢測(cè)預(yù)防的目的。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中浸溶液礦物模擬材料示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中采煤架結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中承載機(jī)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中加載機(jī)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中工作狀態(tài)圖。

圖中：9-浸溶液；10-礦物模擬材料；11-進(jìn)液孔；12-數(shù)據(jù)線；13-采煤架；14-位移計(jì)；15-應(yīng)變片；16-孔隙壓力計(jì)；17-加載板；18-流量計(jì)；19-集液槽；110-控制線；111-底托架；131-過(guò)濾孔；132-承載板；133-轉(zhuǎn)頭；134-固定栓；135-手柄；21-軌道；22-加載架；23-遷移馬達(dá)；24-齒軌；25-加載千斤頂；31-加載控制儀；311-油壓管；32-水流控制儀；321-進(jìn)回水管；33-地浸回采儀；331-輸液管；332-開采井筒；34-總線；35-中央服務(wù)器。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，一種多資源協(xié)調(diào)開采模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，包括承載機(jī)構(gòu)、加載機(jī)構(gòu)、中央控制機(jī)構(gòu)，通過(guò)承載機(jī)構(gòu)構(gòu)建地質(zhì)模型，利用加載機(jī)構(gòu)進(jìn)行原始地應(yīng)力的還原，通過(guò)中央控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行加載控制儀31、水流控制儀32、地浸回采儀33及礦物開采過(guò)程中地質(zhì)模型應(yīng)力應(yīng)變孔隙壓力的監(jiān)測(cè)分析，最終在三大機(jī)構(gòu)統(tǒng)一配合下，實(shí)現(xiàn)多資源礦物不同賦存層位上，協(xié)調(diào)共采的模擬。

承載機(jī)構(gòu)中，所述加載板17置有進(jìn)液孔11、數(shù)據(jù)線12，所述采煤架13由承載板132、轉(zhuǎn)頭133、手柄135構(gòu)成并置于加載板17及底托架111間，所述承載板132上均勻布置有過(guò)濾孔131并固定連接于轉(zhuǎn)頭133下半部，所述手柄135固定連接于轉(zhuǎn)頭133外側(cè)中部，所述礦物模擬材料10與浸溶液9在由承載板132構(gòu)成的空間內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，所述位移計(jì)14、應(yīng)變片15、孔隙壓力計(jì)16置于加載板17形成的內(nèi)部空間內(nèi)并與數(shù)據(jù)線12相連，所述集液槽19置于底托架111下部其開口處設(shè)置流量計(jì)18，所述控制線110與流量計(jì)18相連；

加載機(jī)構(gòu)中，所述加載架22通過(guò)遷移馬達(dá)23與軌道21齒連接，所述加載千斤頂25通過(guò)齒軌24與加載架22齒連接；

中央控制機(jī)構(gòu)中，所述中央服務(wù)器35通過(guò)總線34分別與加載控制儀31、水流控制儀32、地浸回采儀33連接，所述加載控制儀31通過(guò)油壓管311與加載千斤頂25相連，所述水流控制儀32通過(guò)進(jìn)回水管321與進(jìn)液孔11相連，所述地浸回采儀33通過(guò)輸液管331與開采井筒332相連。

結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5，首先根據(jù)要求調(diào)節(jié)加載板17至規(guī)定尺度，開始鋪設(shè)模擬材料、礦物模擬材料10并內(nèi)置孔隙壓力計(jì)16、位移計(jì)14、應(yīng)變片15，地質(zhì)模型構(gòu)建完畢移動(dòng)加載機(jī)構(gòu)至物理模型合適位置通過(guò)調(diào)節(jié)加載千斤頂25位置對(duì)物理模型進(jìn)行加載還原其原始應(yīng)力狀態(tài)，利用中央服務(wù)器35控制水流控制儀32對(duì)模型進(jìn)行模擬水壓環(huán)境操作，最后利用地浸回采儀33通過(guò)輸液管331、開采井筒332輸送浸溶液9進(jìn)行礦物模擬材料10溶解模擬礦石開采，松動(dòng)固定栓134放下采煤架13中承載板132進(jìn)行煤層回采，并利用承載板132中過(guò)濾孔131、集液槽19及流量計(jì)18進(jìn)行滲流數(shù)據(jù)收集，各項(xiàng)數(shù)據(jù)通過(guò)總線34、數(shù)據(jù)線12、控制線110流入及流出中央服務(wù)器35，中央服務(wù)器35做出采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)、裂隙場(chǎng)、滲流場(chǎng)實(shí)時(shí)變化分析，總結(jié)歸納出多資源協(xié)調(diào)開采地質(zhì)變化規(guī)律。

其實(shí)驗(yàn)步驟大致如下：

a、檢測(cè)并保證加載控制儀31、水流控制儀32、地浸回采儀33及其他部件正常運(yùn)轉(zhuǎn)；

b、根據(jù)地質(zhì)模擬資料，調(diào)控加載板17至合理位置，準(zhǔn)備并鋪設(shè)相似模擬材料及礦物模擬材料10，同時(shí)放置孔隙壓力計(jì)16、位移計(jì)14、應(yīng)力計(jì)至相似模擬材料關(guān)鍵位置；

c、加載架22通過(guò)軌道21移置模型合理位置并固定，加載控制儀31控制加載千斤頂25通過(guò)加載板17還原地應(yīng)力，水流控制儀32通過(guò)進(jìn)液孔11還原模型水壓環(huán)境；

d、根據(jù)設(shè)計(jì)回采工藝，通過(guò)采煤架13中承載板132進(jìn)行采煤，通過(guò)地浸回采儀33利用開采井筒332輸送浸溶液9與礦物模擬材料10反應(yīng)進(jìn)行地浸采礦；

e、利用孔隙壓力計(jì)16、位移計(jì)14、應(yīng)力計(jì)、流量計(jì)18等進(jìn)行信息采集，并傳輸至中央服務(wù)器35進(jìn)行分析處理；

f、實(shí)驗(yàn)完畢，保持實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，清除模擬材料，清洗實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并進(jìn)行通風(fēng)干燥處理。當(dāng)然，以上說(shuō)明僅僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本發(fā)明并不限于列舉上述實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本說(shuō)明書的教導(dǎo)下，所做出的所有等同替換、明顯變形形式，均落在本說(shuō)明書的實(shí)質(zhì)范圍之內(nèi)，理應(yīng)受到本發(fā)明的保護(hù)。