一种寒区露天矿溜井卸放矿试验装置及方法

本发明属于采矿，尤其涉及一种寒区露天矿溜井卸放矿试验装置及方法。

背景技术：

1、我国西部地区资源勘探与开发力度不断加大，寒区露天矿山也逐渐增多，为保证寒区露天矿山安全高效开采，冻融作用对露天矿山生产的影响成为新的热点。寒区露天矿最显著的特点是在受昼夜和季节性气温变化影响下，地表岩石随着周期性气温变化呈现冻结与融化的两态循环，地表岩石会经历不同程度的冻融损伤。

2、平硐溜井开拓系统由于能充分利用矿石的自重，缩短运距，节省大量的运输成本和降低碳排，被作为一种节能减排的开拓运输系统在矿山中应用。对于寒区露天矿山，溜井口位于地表，因此，井口长时间受到冻融作用的影响，会改变溜井井口段围岩的力学特性。

3、溜井内矿石的运移主要有溜矿和放矿两种方式，溜矿过程中，矿石沿溜槽以一定倾角溜入溜井，与井壁多次碰撞后落入井底，矿石对井壁的不断冲击可造成溜矿段井壁冲击破坏。放矿过程中，贮矿段矿石与井壁频繁发生摩擦，可造成该段井壁磨损破坏，在此过程中，矿石还易产生堵塞现象。因此，矿石的冲击与磨损是引起溜井井壁破坏的重要因素，在长期冲蚀磨损作用下，溜井井壁会逐渐破损、扩大，甚至发生垮塌事故，而矿石堵塞会严重阻碍矿山的生产。

4、目前溜井普遍应用于地下矿山，学者已经对常温下的溜井进行了大量的研究，但对于寒区露天矿溜井而言，寒区溜井与常温地区溜井有着明显区别，除了堵塞和矿石与井壁碰撞造成的磨损外，寒区的气温变化导致溜井口的冻融问题对溜井磨损具有很大的影响。因此，开发一种寒区露天矿溜井卸放矿试验装置及方法对研究冻融对溜井的影响十分重要。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提供一种寒区露天矿溜井卸放矿试验装置及方法，能够更真实地模拟工程实况。

2、一种寒区露天矿溜井卸放矿试验装置，包括从上到下依次连接的顶部卸矿系统、溜矿系统和底部放矿系统；

3、溜矿系统包括溜井井筒，其顶部的溜口段进行冻融处理；

4、数据采集与存储系统，对溜井井筒井壁受力情况进行监测。

5、所述顶部卸矿系统包括料仓、溜槽，料仓位于溜槽正上方，料仓顶部设置有矿仓阀。

6、两个支撑板对称布置在料仓和溜槽两侧，支撑板底部与固定框架相连接，支撑板稳固焊接在固定框架顶端。

7、所述支撑板上设有一个水平的矩形槽，料仓的两侧设置有导轨，料仓两侧的导轨与矩形槽滑动连接；支撑板上还设置有一个弧形槽，溜槽两侧设有导轨，溜槽两侧的导轨与弧形槽滑动连接；溜槽底端半固定在支撑板上，整个溜槽以底端为轴进行旋转，旋转的过程中，溜槽两侧的导轨沿弧形槽移动。

8、所述溜矿系统还包括固定框架，溜井井筒固定在其内部，框架内部沿高度方向设置设有多个固定板，固定板套设在溜井井筒外部，用于固定溜井井筒，保持其稳定。

9、所述固定框架为长方体型。

10、所述溜井井筒由混凝土分段浇筑在圆柱形钢模具中，包括溜口段和其余多个分段，溜口段包括多个小分段，各个小分段分别进行冻融处理；钢模具上装有螺栓，用于固定连接不同分段的模具。

11、根据相似理论，溜井井筒采用与寒区露天矿溜井围岩材料相似的混凝土分段浇筑。

12、所述数据采集与存储系统包括压力传感器及与其电连接用于存储数据的计算机，压力传感器设置在溜井井筒井壁，监测点位在混凝土浇筑前预选出。

13、一种寒区露天矿溜井卸放矿试验方法，采用上述的寒区露天矿溜井卸放矿试验装置，具体包括以下步骤：

14、s1：根据矿山现场溜井井壁岩石性质，按照相似理论，设计溜井井筒浇筑材料的配比，并浇筑溜井井筒；

15、s2：根据矿山昼夜气温变化和季节性气温变化，设置冻融温度，将溜井上部分溜口段的各个分段分别进行冻融，冻融完成后与溜井井筒的其他分段进行连接；

16、s3：在井壁预留的监测位置处安装传感器，同时检测数据采集与存储系统是否正常工作；

17、s4：试验开始前，关闭底部放矿系统，将事先准备的矿石装满料仓，并调整好溜槽的倾角；

18、s5：打开矿仓阀，开始卸矿试验，使矿石在重力影响下沿溜槽落入溜井井筒，待矿石都落入井底，记录溜井井筒井壁上的各压力传感器的数据，重复放矿并存储多组数据；

19、s6：当溜井井筒内矿石储存到试验所需的贮矿高度，关闭矿仓阀停止卸矿，待井筒内矿石在自重的影响下自然压实；

20、s7：打开溜井井筒底部的放矿挡板，使矿石落入井筒下方矿石容器中，根据实验需求放出放出一定体积矿石后关闭挡板，记录过程中溜井贮矿段井壁上各传感器数据，观察放矿时矿石是否堵塞；打开矿仓阀继续放矿，使溜井井筒内矿石重回放矿前的高度，然后重复放矿试验，记录传感器数据；

21、s8：基于传感器测试的数据，为寒区露天矿溜井卸放矿提供参考。

22、本发明的有益效果是：

23、(1)本发明的溜井井筒根据相似理论采用与寒区露天矿溜井围岩材料相似的混凝土分段浇筑而成，能够更真实地模拟工程实况。

24、(2)本发明通过将井筒顶部溜口段放入冻融箱进行冻融处理，可以模拟分析寒区溜井井口冻融对溜井系统的影响。

25、(3)本发明可以模拟溜井卸放矿整个工作流程，通过传感器对溜井壁受力情况进行监测，能够分析矿石对溜井壁的冲击磨损破坏和矿石堵塞问题。

技术特征：

1.一种寒区露天矿溜井卸放矿试验装置，其特征在于：包括从上到下依次连接的顶部卸矿系统、溜矿系统和底部放矿系统；

2.根据权利要求1所述的一种寒区露天矿溜井卸放矿试验装置，其特征在于：所述顶部卸矿系统包括料仓、溜槽，料仓位于溜槽正上方，料仓顶部设置有矿仓阀。

3.根据权利要求2所述的一种寒区露天矿溜井卸放矿试验装置，其特征在于：两个支撑板对称布置在料仓和溜槽两侧，支撑板底部与固定框架相连接，支撑板稳固焊接在固定框架顶端。

4.根据权利要求3所述的一种寒区露天矿溜井卸放矿试验装置，其特征在于：所述支撑板上设有一个水平的矩形槽，料仓的两侧设置有导轨，料仓两侧的导轨与矩形槽滑动连接；支撑板上还设置有一个弧形槽，溜槽两侧设有导轨，溜槽两侧的导轨与弧形槽滑动连接；溜槽底端半固定在支撑板上，整个溜槽以底端为轴进行旋转，旋转的过程中，溜槽两侧的导轨沿弧形槽移动。

5.根据权利要求1所述的一种寒区露天矿溜井卸放矿试验装置，其特征在于：所述溜矿系统还包括固定框架，溜井井筒固定在其内部，框架内部沿高度方向设置设有多个固定板，固定板套设在溜井井筒外部，用于固定溜井井筒，保持其稳定。

6.根据权利要求5所述的一种寒区露天矿溜井卸放矿试验装置，其特征在于：所述固定框架为长方体型。

7.根据权利要求1所述的一种寒区露天矿溜井卸放矿试验装置，其特征在于：所述溜井井筒由混凝土分段浇筑在圆柱形钢模具中，包括溜口段和其余多个分段，溜口段包括多个小分段，各个小分段分别进行冻融处理；钢模具上装有螺栓，用于固定连接不同分段的模具。

8.根据权利要求7所述的一种寒区露天矿溜井卸放矿试验装置，其特征在于：根据相似理论，溜井井筒采用与寒区露天矿溜井围岩材料相似的混凝土分段浇筑。

9.根据权利要求7所述的一种寒区露天矿溜井卸放矿试验装置，其特征在于：所述数据采集与存储系统包括压力传感器及与其电连接用于存储数据的计算机，压力传感器设置在溜井井筒井壁，监测点位在混凝土浇筑前预选出。

10.一种寒区露天矿溜井卸放矿试验方法，采用权利要求1-9任一项所述的寒区露天矿溜井卸放矿试验装置，其特征在于，具体包括以下步骤：

技术总结本发明涉及一种寒区露天矿溜井卸放矿试验装置及方法，属于采矿技术领域，包括从上到下依次连接的顶部卸矿系统、溜矿系统和底部放矿系统；其中溜矿系统包括溜井井筒，其顶部的溜口段进行冻融处理；还包括数据采集与存储系统，对溜井井筒壁受力情况进行监测。本发明能够更真实地模拟工程实况，可以模拟分析寒区溜井井口冻融对溜井系统的影响，为寒区露天矿溜井卸放矿提供参考。技术研发人员：牛雷雷,王翱,朱万成,陈廷钰,尹秋芳,丁航行受保护的技术使用者：东北大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14