高深溜井结拱模拟装置及使用方法与流程

1.本发明属于采矿技术领域，尤其是涉及一种高深溜井结拱模拟装置及使用方法。


背景技术：

2.溜井是矿山矿石运输的咽喉要道，而高深溜井(深度超过150米)的稳定运行更是矿山生产的重中之重。溜井在频繁的储矿、放矿过程中，井壁出现磨损破坏，甚至出现不同程度的片帮和垮塌等现象。在高深溜井中，一方面，由于溜井上部卸矿的矿石垂直下落冲击贮矿段的矿石，且非伫矿段长度长，卸下矿石对井内物料的冲击夯实作用大；另一方面，高深溜井中贮矿段储存物料也比普通溜井中多，其重力对下部物料的压实作用大，两方面的作用下，产生稳定拱结构的可能性更大。形成稳定拱结构后，下部矿石还在下落，产生的空腔气压较低，由于气压差的作用拱结构被破坏，拱结构破坏时上部垮落矿石和被挤压的空气冲击井壁，对高深溜井井壁造成了严重的破坏，所以研究高深溜井的结拱原因很有必要。目前已有的溜井模拟装置中存在两个方面的不足：一方面主要是用于观察溜矿段矿石的运移轨迹，推导溜矿段矿石的运移特征方程，没有用于研究溜井结拱的装置；另一方面，现有的溜井放矿模拟装置在贮矿段的可视化做的并不完善，不能直接观察到平衡拱的形状。
3.因此，开发一种能直接观测到溜井结拱的实验装置对研究高深溜井的结拱原因很有意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种操作简单，实用性强，结构简单的研究高深溜井结拱模拟装置及使用方法。
5.本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：
6.本发明的高深溜井结拱模拟装置，其特征在于包括溜井支架，设置在此溜井直接内的溜井模型，摄像装置，
7.所述的溜井支架包括立柱，固定此立柱的上下两圈横梁，设置在下部横梁上的中间开孔的底板，由螺母固定在上部横梁上且对称布置的夹杆，此夹杆包括弧形板和丝杆，
8.所述的溜井模型包括设置在所述夹杆和底板间的上下两根透明管，连接此两根透明管的圆台，设置在上部透明管上端部的漏斗，设置在下部透明管下端部的底部结构，设置在此底部结构下方的容器，所述的底部结构设置在所述的底板下方，所述的底部结构包括斜漏斗和可开关的挡板，
9.所述的摄像装置包括摄影灯，三脚架，设置在此三脚架上的摄像机。
10.所述的中间开孔的底板为透明板，孔径大于溜井底部内径且小于溜井底部外径。
11.所述的上下两根透明管和圆台通过油脂性胶水粘结。
12.所述的漏斗设有一个开关阀门，其出料口小于所述上部透明管的内径。
13.所述的摄像机拍摄帧率不低于120fps，分辨率不低于1280
×
720。
14.一种高深溜井结拱模拟装置的使用方法，其特征在于包括如下步骤：
15.步骤1：准备实验；
16.首先选择好合适的实验地点，放置好支架、溜井装置、摄像装置，关闭溜井模型底部结构的挡板；然后将不同粒径的单一级配矿石和接近矿山实际级配的矿石放入烘干箱中烘干，在按照0％，1％，2％，3％不同的含水率将矿石充分湿润，打开摄影灯，检查相机能否正常使用，并调整好角度；
17.步骤2：进行实验；
18.将配置好的矿石通过漏斗卸入溜井模型中，等待十分钟，管内的矿石自然压实；打开摄像机，同时打开底部挡板，矿石从底部放出，结束后关闭摄像机；控制颗粒级配、含水率、贮矿高度只变化一种，其他两种不变，重复步骤前面的步骤，记录每次结拱后的图片，并记录每组矿石结拱的概率，用于后续的数据分析；
19.步骤3：数据分析；
20.对于记录好的图片，将其导入图片处理软件中，通过相似比测量拱高和拱脚的高度，并对拱进行受力平衡分析，可以得出拱的轴线形式为抛物线；对于记录好的结拱概率，可以对三个变量分别对比分析，得出最容易结拱的情况，用于指导矿山实际生产，避免卸入的矿石符合实验中易结拱的情况。
21.本发明的优点：
22.(1)本发明的高深溜井结拱模拟装置及使用方法，操作流程简单，溜井模型固定在溜井支架上，只需要将矿石从漏斗中倒入就可以填满溜井模型，打开底部结构的挡板就可以进行放矿模拟打开摄像设备就可以记录拱结构形成的过程；
23.(2)本发明的高深溜井结拱模拟装置及使用方法，可以研究高深溜井模型放矿时井内的结拱现象，可以研究料位高度、矿石湿度、矿石粒径等对结拱概率的影响，故实用性强；
24.(3)本发明的高深溜井结拱模拟装置及使用方法，结构简单，由支架将溜井模型固定，在合适的地方设置好摄像装置就可以进行实验，支架由立柱、横梁、底板和夹杆组成，井筒模型由5mm厚的亚克力材料组成，组装简单。
附图说明
25.图1为本发明的结构示意图。
26.图2为本发明拱结构整体受力分析图。
27.图3为本发明图2中d点受力分析图。
具体实施方式
28.下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。
29.如图1、2和3所示，本发明的高深溜井结拱模拟装置，其特征在于包括溜井支架，设置在此溜井直接内的溜井模型，摄像装置，
30.所述的溜井支架包括立柱1，固定此立柱1的上下两圈横梁2，设置在下部横梁2上的中间开孔的底板3，由螺母14固定在上部横梁2上且对称布置的夹杆，此夹杆包括弧形板4和丝杆5，
31.所述的溜井模型包括设置在所述夹杆和底板3间的上下两根透明管7，连接此两根
透明管7的圆台8，设置在上部透明管7上端部的漏斗6，设置在下部透明管7下端部的底部结构9，设置在此底部结构9下方的容器10，所述的底部结构9设置在所述的底板3下方，所述的底部结构9包括斜漏斗和可开关的挡板，
32.所述的摄像装置包括摄影灯13，三脚架12，设置在此三脚架12上的摄像机11。
33.所述的中间开孔的底板3为透明板，孔径大于溜井底部内径且小于溜井底部外径。
34.所述的上下两根透明管7和圆台8通过油脂性胶水粘结。
35.所述的漏斗6设有一个开关阀门，其出料口小于所述上部透明管7的内径。
36.所述的摄像机11拍摄帧率不低于120fps，分辨率不低于1280
×
720。
37.本发明具有操作简单，实用性强，结构简单的特点，能够直接观察到高深溜井结拱过程。
38.如图2所示：
39.对拱的ac、bc、任意点d进行受力分析，最后得出由公式可以得出拱为抛物线。
40.一种高深溜井结拱模拟装置的使用方法，其特征在于包括如下步骤：
41.步骤1：准备实验；
42.首先选择好合适的实验地点，放置好支架、溜井装置、摄像装置，关闭溜井模型底部结构的挡板；然后将不同粒径的单一级配矿石和接近矿山实际级配的矿石放入烘干箱中烘干，在按照0％，1％，2％，3％不同的含水率将矿石充分湿润，打开摄影灯，检查相机能否正常使用，并调整好角度；
43.步骤2：进行实验；
44.将配置好的矿石通过漏斗卸入溜井模型中，等待十分钟，管内的矿石自然压实；打开摄像机，同时打开底部挡板，矿石从底部放出，结束后关闭摄像机；控制颗粒级配、含水率、贮矿高度只变化一种，其他两种不变，重复步骤前面的步骤，记录每次结拱后的图片，并记录每组矿石结拱的概率，用于后续的数据分析；
45.步骤3：数据分析；
46.对于记录好的图片，将其导入图片处理软件中，通过相似比测量拱高和拱脚的高度，并对拱进行受力平衡分析，可以得出拱的轴线形式为抛物线；对于记录好的结拱概率，可以对三个变量分别对比分析，得出最容易结拱的情况，用于指导矿山实际生产，避免卸入的矿石符合实验中易结拱的情况。
47.本发明的高深溜井结拱模拟装置，其特征在于：包括溜井支架、溜井模型和摄像装置；
48.溜井支架，四根立柱1、横梁2、底板3和两个对称固定在两侧的夹杆，用于支撑溜井模型，保持其稳定。其中四根立柱1通过数组横梁2连接在一起，连接点通过螺丝固定，底板3为中间开孔的透明板，孔径大于溜井底部的内径，小于外径，夹杆由弧形板4和丝杆5组成，用螺母14固定在横梁2上，夹杆的位置可左右调节，在合适的位置固定住井筒模型；
49.溜井模型，包括上下两根透明管7、连接两根透明管7的圆台8、用于溜矿的漏斗6、放出矿石的底部结构9和用于接住矿石的容器10。透明管7和圆台8通过油脂性胶水粘结，构成溜井模型的主体部分，透明管7和圆台8的厚度均为5mm。溜井模型主体为亚克力材料构
成，该材料特点是透明且强度较好，不会在放矿过程中被矿石损坏。在主体部分上方放置一个漏斗6，矿石通过漏斗6溜进井内，漏斗6有一个开关阀门，可以随时往溜井模型中补充矿石，其出料口小于模型上管的内径。底部结构9包括斜漏斗和可开关的挡板，固定在溜井支架的底板下方，可以随时停止放出矿石。
50.摄像装置，包括摄像机11、三脚架12和摄影灯13。摄像机11拍摄帧率不低于120fps，分辨率不低于1280
×
720；摄像机11放置在三脚架12上，调节三脚架12的高度来调整摄像机11高度；摄影灯13用于增加曝光，改善拍摄效果。
51.本发明的高深溜井结拱模拟装置及使用方法，操作流程简单，溜井模型固定在溜井支架上，只需要将矿石从漏斗6中倒入就可以填满溜井模型，打开底部结构9的挡板就可以进行放矿模拟打开摄像设备就可以记录拱结构形成的过程；可以研究高深溜井模型放矿时井内的结拱现象，可以研究料位高度、矿石湿度、矿石粒径等对结拱概率的影响，故实用性强。由支架将溜井模型固定，在合适的地方设置好摄像装置就可以进行实验，支架由立柱1、横梁2、底板3和夹杆组成，井筒模型由5mm厚的亚克力材料组成，组装简单。