专利汇可以提供深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置及方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种深井含 冰 充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置,包括深井模拟机构、含冰充填料浆充填模拟机构和 数据采集 控制系统,深井模拟机构包括保温 箱体 、未开采岩体层模拟区域、采场空气调节系统、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和下料模拟机构;数据采集控制系统包括未开采岩体层 传感器 组、采场模拟区域传感器组、充填体模拟区域传感器组、 控制器 和计算机;本发明还公开了一种深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置。本发明设计新颖合理,能够很好地用于进行含冰充填料浆均匀充填和深井充填开采的充填体采场降温试验,并用于高温深井地热开采的理论研究,实用性强。,下面是深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置及方法专利的具体信息内容。
1.一种深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置,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和数据采集控制系统,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,位于采场模拟区域(3)的保温箱体(1)上连接有用于对采场模拟区域(3)内的空气进行调节的采场空气调节系统,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和下料模拟机构,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);
所述数据采集控制系统包括未开采岩体层传感器组、采场模拟区域传感器组、充填体模拟区域传感器组、控制器(32)和与控制器(32)相接的计算机(33),所述未开采岩体层传感器组包括布设在未开采岩体层模拟区域(2)内的多个未开采岩体温度传感器(27),多个未开采岩体温度传感器(27)的信号线均通过未开采岩体层传感器安装管(21)引出到保温箱体(1)外;所述采场模拟区域传感器组包括布设在采场模拟区域(3)内的多个采场模拟区域温度传感器(28),多个采场模拟区域温度传感器(28)的信号线均通过采场区传感器安装管(22)引出到保温箱体(1)外;所述充填体模拟区域传感器组包括布设在抽屉式充填盒(6)内且用于对充填体的温度进行实时检测的多个充填体温度传感器(34),多个充填体温度传感器(34)的信号线均通过充填区传感器安装管(53)引出到抽屉式充填盒(6)外;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),所述加热腔温度传感器(20)的输出端、未开采岩体温度传感器(27)的输出端、采场模拟区域温度传感器(28)的输出端、充填体温度传感器(34)的输出端和料位传感器(35)的输出端均与控制器(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)的输出端与控制器(32)的输入端连接;所述控制器(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,所述第一继电器(39)串联在碳纤维电热板(7)的供电回路中,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。
2.按照权利要求1所述的深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置,其特征在于:位于未开采岩体层模拟区域(2)的顶部保温板、左侧保温板、右侧保温板、前侧保温板和后侧保温板,位于采场模拟区域(3)的保温箱体(1)的左侧保温板、右侧保温板、前侧保温板和后侧保温板,以及位于充填体模拟区域(4)的保温箱体(1)的底部保温板、左侧保温板、右侧保温板和后侧保温板均一体成型;位于充填体模拟区域(4)的保温箱体(1)的左侧保温板上通过合页(10)转动连接有由保温板制成的左侧门(8),位于充填体模拟区域(4)的保温箱体(1)的右侧保温板上通过合页(10)转动连接有由保温板制成的右侧门(9)。
3.按照权利要求1所述的深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置,其特征在于:所述加热腔由槽钢(47)制成,位于充填体模拟区域(4)的保温箱体(1)的左侧槽钢(47)和右侧槽钢(47)的外壁上均设置有用于支撑安装抽屉式充填盒(6)的支撑板(48),所述抽屉式充填盒(6)的侧面设置有供支撑板(48)插入的滚轮槽(49),所述滚轮槽(49)内设置有用于在支撑板(48)上滚动的滚轮(50),所述支撑板(48)底部与槽钢(47)之间设置有筋板(51),所述抽屉式模拟盒(6)的外壁上设置有拉手(52),所述抽屉式模拟盒(6)的内壁上设置有保温层(54)。
4.按照权利要求1所述的深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置,其特征在于:位于采场模拟区域(3)的保温箱体(1)的左侧保温板上设置有采场进风口,位于采场模拟区域(3)的保温箱体(1)的右侧保温板上设置有采场出风口;所述采场空气调节系统包括冷热源系统和空气处理与输送系统,所述冷热源系统包括空气压缩机(23-1)、电磁四通阀(23-2)、第一盘管式换热器(23-3)、节流电磁阀(23-5)和第二盘管式换热器(23-4),所述空气压缩机(23-1)的排气管与电磁四通阀(23-2)的D端口连接,所述电磁四通阀(23-2)的C端口与第一盘管式换热器(23-3)的第一连接端口连接,所述第一盘管式换热器(23-3)的第二连接端口与节流电磁阀(23-5)的第一连接端口连接,所述节流电磁阀(23-5)的第二连接端口与第二盘管式换热器(23-4)的第一连接端口连接,所述第二盘管式换热器(23-4)的第二连接端口与电磁四通阀(23-2)的E端口连接,所述电磁四通阀(23-2)的S端口与空气压缩机(23-1)的吸气管连接,所述第一盘管式换热器(23-3)的旁侧设置有风扇(23-6);所述空气处理与输送系统包括引风机(24-2)和加湿器(24-4),所述引风机(24-2)的进风口与采场出风口连接,所述引风机(24-2)的出风口通过第一风道(24-1)与第二盘管式换热器(23-4)的进风端口连接,所述第二盘管式换热器(23-4)的出风端口通过第二风道(24-3)与加湿器(24-4)的进风端口连接,所述加湿器(24-4)的出风端口通过第三风道(24-5)与采场进风口连接。
5.按照权利要求4所述的深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置,其特征在于:所述采场模拟区域传感器组还包括设置在第三风道(24-5)上的采场进风温度传感器(29)、采场进风湿度传感器(30)和采场进风风速传感器(31),所述采场进风温度传感器(29)的输出端、采场进风湿度传感器(30)的输出端和采场进风风速传感器(31)的输出端均与控制器(32)的输入端连接;所述控制器(32)的输出端还接有用于驱动电磁四通阀(23-2)的第三电磁阀驱动器(43)、用于驱动节流电磁阀(23-5)的第四电磁阀驱动器(44)、用于对加湿器(24-4)的通断电进行控制的第二继电器(45)和用于对引风机(24-2)进行变频控制的变频器(46),所述第二继电器(45)串联在加湿器(24-4)的供电回路中,所述电磁四通阀(23-2)与第三电磁阀驱动器(43)的输出端连接,所述节流电磁阀(23-5)与第四电磁阀驱动器(44)的输出端连接,所述引风机(24-2)与变频器(46)的输出端连接。
6.按照权利要求5所述的深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置,其特征在于:所述控制器(32)包括微控制器模块(32-1)以及与微控制器模块(32-1)相接的数据存储器(32-2)和用于与计算机(33)连接并通信的通信模块(32-3),所述加热腔温度传感器(20)的输出端、未开采岩体温度传感器(27)的输出端、采场模拟区域温度传感器(28)的输出端、充填体温度传感器(34)的输出端、料位传感器(35)的输出端、测距传感器(36)的输出端、采场进风温度传感器(29)的输出端、采场进风湿度传感器(30)的输出端和采场进风风速传感器(31)的输出端均与微控制器模块(32-1)的输入端连接,所述微控制器模块(32-1)的输入端还接有按键操作电路(32-4),所述行走电机驱动器(37)、下料电机驱动器(38)、第一继电器(39)、第一电磁阀驱动器(41)、第二电磁阀驱动器(42)、第三电磁阀驱动器(43)、第四电磁阀驱动器(44)、第二继电器(45)和变频器(46)均与微控制器模块(32-1)的输出端连接,所述微控制器模块(32-1)的输出端还接有液晶显示屏(32-5)。
7.按照权利要求5所述的深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟装置,其特征在于:所述下隔板(5-2)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);所述下料板(57)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)内两侧侧壁上位于隔板定滑轨(55)上方的位置处设置有下料板定滑轨(58),所述下料板(57)的两侧均设置有与下料板定滑轨(58)相配合构成抽拉式滑轨的下料板动滑轨(59)。
8.一种利用如权利要求7所述装置进行深井含冰充填料浆充填及采场降温实验室模拟的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤一、将下料板(57)通过下料板动滑轨(59)安装到保温箱体(1)内的下料板定滑轨(58)上,将抽屉式充填盒(6)放入充填体模拟区域(4)内,并在含冰充填料浆搅拌机(13)内加入含冰充填料浆;
步骤二、所述控制器(32)通过控制第一继电器(39),接通碳纤维电热板(7)的供电回路,碳纤维电热板(7)开始加热,加热腔温度传感器(20)对所述加热腔内的温度进行实时检测并将检测到的信号传输给控制器(32),控制器(32)将其接收到的加热腔检测温度与加热腔预设温度进行比较,当加热腔检测温度大于加热腔预设温度时,控制器(32)通过控制第一继电器(39),断开碳纤维电热板(7)的供电回路,碳纤维电热板(7)停止加热;当加热腔检测温度小于加热腔预设温度时,控制器(32)通过控制第一继电器(39),接通碳纤维电热板(7)的供电回路,碳纤维电热板(7)开始加热;进而模拟深井下的未开采矿体及围岩发热;
步骤三、控制器(32)控制所述采场空气调节系统对采场模拟区域(3)内的空气进行调节,进而模拟深井下采场的进风流状态;
步骤四、控制器(32)控制所述含冰充填料浆充填模拟机构,往抽屉式充填盒(6)内充填含冰充填料浆,直至完成实验需要的充填量;
步骤五、将下料板(57)抽出到保温箱体(1)外部,并将下隔板(5-2)通过隔板动滑轨(56)安装到保温箱体(1)内的隔板定滑轨(55)上,然后关上左侧门(8)和右侧门(9),模拟利用含冰充填料浆充填采空区并对采场进行降温的过程;模拟的过程中,控制器(32)对未开采岩体温度传感器(27)检测到的未开采岩体层模拟区域(2)内的温度进行周期性采样,并将采样得到的未开采岩体层模拟区域(2)内的温度传输给计算机(33)进行显示;控制器(32)对采场模拟区域温度传感器(28)检测到的采场模拟区域(3)内的温度进行周期性采样,并将采样得到的采场模拟区域(3)内的温度传输给计算机(33)进行显示;控制器(32)对充填体温度传感器(34)检测到的充填体的温度进行周期性采样,并将采样得到的充填体的温度传输给计算机(33)进行显示;计算机(33)存储控制器(32)传输给其的未开采岩体层模拟区域(2)内的温度、采场模拟区域(3)内的温度和充填体的温度,供工作人员研究深井含冰充填体采场降温特性。
9.按照权利要求8所述的方法,其特征在于:步骤三中控制器(32)控制采场空气调节系统对采场模拟区域(3)内的空气进行调节,进而模拟深井下采场的进风流状态的具体过程为:开启空气压缩机(23-1)、第一盘管式换热器(23-3)、第二盘管式换热器(23-4)、引风机(24-2)和加湿器(24-4),采场进风温度传感器(29)、采场进风湿度传感器(30)和采场进风风速传感器(31)分别对采场进风温度、湿度和风速进行检测并将检测到的信号传输给控制器(32),控制器(32)将其接收到的采场进风温度、湿度和风速分别对应与采场进风预设温度、湿度和风速比较,当检测到的采场进风温度小于采场进风预设温度时,控制器(32)通过控制第二电磁阀驱动器(42),驱动电磁四通阀(23-2)的线圈通电,电磁四通阀(23-2)的D端口与E端口相通,C端口与S端口相通,空气压缩机(23-1)的排气管排出的气体进入电磁四通阀(23-2)的D端口,再经E端口进入第二盘管式换热器(23-4)进行散热,再经过节流电磁阀(23-5)进入第一盘管式换热器(23-3),再由电磁四通阀(23-2)的C端口进入S端口,再回到空气压缩机(23-1)的吸气管,完成制热循环;所述第二盘管式换热器(23-4)进行散热时,热风通过第二风道(24-3)进入加湿器(24-4),经过加湿器(24-4)加湿后,再经过第三风道(24-5)和采场进风口进入采场模拟区域(3),对采场模拟区域(3)内的空气进行加热调节,采场模拟区域(3)内的空气再通过引风机(24-2)和第一风道(24-1)引入第二盘管式换热器(23-4);当检测到的采场进风温度大于采场进风预设温度时,控制器(32)通过控制第二电磁阀驱动器(42),驱动电磁四通阀(23-2)的线圈断电,电磁四通阀(23-2)的E端口与S端口相通,D端口与C端口相通,空气压缩机(23-1)的排气管排出的气体进入电磁四通阀(23-2)的D端口,再经C端口进入第一盘管式换热器(23-3)进行散热,再经过节流电磁阀(23-5)进入第二盘管式换热器(23-4),第二盘管式换热器(23-4)进行制冷,再由电磁四通阀(23-2)的E端口进入S端口,再回到空气压缩机(23-1)的吸气管,完成制冷循环;所述第二盘管式换热器(23-4)进行制冷时,冷风通过第二风道(24-3)进入加湿器(24-4),经过加湿器(24-4)加湿后,再经过第三风道(24-5)和采场进风口进入采场模拟区域(3),对采场模拟区域(3)内的空气进行制冷调节,采场模拟区域(3)内的空气再通过引风机(24-2)和第一风道(24-
1)引入第二盘管式换热器(23-4);当检测到的采场进风的湿度小于采场进风预设湿度时,控制器(32)通过控制第二继电器(45),接通加湿器(24-4)的供电回路;当检测到的采场进风的湿度大于采场进风预设湿度时,控制器(32)通过控制第二继电器(45),断开加湿器(24-4)的供电回路;当检测到的采场进风风速小于采场预设进风风速时,控制器(32)通过变频器(46)对引风机(24-2)进行变频调速,加快引风机(24-2)的转速;当检测到的采场进风的风速大于采场进风预设风速时,控制器(32)通过变频器(46)对引风机(24-2)进行变频调速,减慢引风机(24-2)的转速。
10.按照权利要求8所述的方法,其特征在于:步骤四中所述控制器(32)控制所述含冰充填料浆充填模拟机构,往抽屉式充填盒(6)内充填含冰充填料浆的具体过程为:开启含冰充填料浆搅拌机(13),当控制器(32)根据测距传感器(36)检测到的距离判断到流浆漏斗(16)已到达含冰充填料浆输送管道(14)的下方时,控制器(32)通过控制第一电磁阀驱动器(41),驱动料浆输送电磁阀(40)打开,含冰充填料浆搅拌机(13)搅拌好的含冰充填料浆通过含冰充填料浆输送管道(14)进入流浆漏斗(16)内,当控制器(32)根据料位传感器(35)检测到流浆漏斗(16)内含冰充填料浆的料位,判断到流浆漏斗(16)内含冰充填料浆的料位已达到预设料位后,控制器(32)通过控制第一电磁阀驱动器(41),驱动料浆输送电磁阀(40)关闭,停止往流浆漏斗(16)内加入含冰充填料浆;当流浆漏斗(16)内的含冰充填料浆料位达到预设料位后,控制器(32)通过控制下料电机驱动器(38),驱动下料电机(18)转动,下料电机(18)带动齿轮(19)转动,齿轮(19)沿齿条(17)行走,同时,控制器(32)通过控制第二电磁阀驱动器(42),驱动料浆流量控制电磁阀(26)打开,流浆漏斗(16)内的含冰充填料浆通过流浆管(25)进入抽屉式充填盒(6)内;当流浆漏斗(16)再次行走到靠近含冰充填料浆输送管道(14)的位置处时,控制器(32)通过控制行走电机驱动器(37),驱动行走电机(15)带动移动小车台架(12)的行走轮(12-1)沿导轨(11)行走,使流浆漏斗(16)再次到达含冰充填料浆输送管道(14)的下方;重复以上过程,直至根据实验需要往抽屉式充填盒(6)内充填多层含冰充填料浆。
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