一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统及方法，包括支撑框架、装料箱和铺设推料装置，装料箱左右滑动安装于承压立板上，左右两侧的轨道滑板之间转动连接有水平螺纹丝杆，装料箱上设有与水平螺纹丝杆动力配合的丝杆螺母孔，其中一个轨道滑板上固定有丝杆驱动电机；铺设推料装置包括推料筒、垂直螺纹丝杆、用于驱动垂直螺纹丝杆升降运动的丝杆驱动装置和位于推料筒内部的推料板，垂直螺纹丝杆底端与推料板固定连接，推料筒与装料箱底部连通，推料筒底端可拆卸式连接有出料漏斗，出料漏斗底端的出料口设有弹性复位挡板。本发明专利技术能够基于岩层相似材料进行智能精准分层铺设与压实，减少人为误差，有利于提高试验效率与精度。精度。精度。

【技术实现步骤摘要】
一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统及方法


[0001]本专利技术涉及采矿及岩土工程相似材料模拟试验
，尤其涉及一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统及方法。

技术介绍

[0002]在采矿及岩土工程中，为了更好地保证地下矿山的安全生产,在开采矿产资源、保护矿区环境和地面设施等各方面平衡,对于采矿及岩土的土层结构、力学情况、活动规律、支护研究等越来越重要。对于采矿及岩土的研究是在专门的实验室中，这就需要对采矿及岩土进行三维相似模拟，以便进行采矿及岩土在垮落、裂隙、力学变形特性、支护措施等方面研究的正常开展。三维相似模拟试验可为这些研究提供了很多方便，但在以往的三维相似模拟试验中，大多数都是根据数据配比制备材料，搅拌均匀后人工铺设材料。三维相似模拟试验中，在现有技术中，如公开号CN109855974A的中国专利公开了一种基于相似模拟试验系统的覆岩应力与变形特性试验方法，如公开号CN205538954U的中国专利公开了一种煤层群开采三维相似模拟装置，两个专利技术由于采用人工铺设，其主观随意性较大，极易出现铺设不平、材料压密不均匀等问题，在三维相似模拟试验中一般需要制备多个三维相似模拟采矿及岩土，以便于进行对比实验，若多个三维相似模拟采矿及岩土均采用人工制备，其本身就可能存在人为差异，多重因素致使后续试验结果造成不同程度的偏差，严重时会导致试验失败。目前，现有技术对于采矿及岩土三维相似模拟没有提供一种专用的三维相似模拟铺设系统，若采用机械化、非人工方式铺设，可以由此构建出多个三维相似模拟采矿及岩土，对采矿及岩土的科学研究具有重要意义。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统及方法，能够根据不同要求的试验方案进行岩层相似材料的智能精准铺设，并进行精准压实，从而最大程度的减扰人工操作带来的误差，同时能够极大提高相似模拟试验材料的铺设效率，减少人工误差，有利于加快试验进程、缩短试验周期、提高试验精度。
[0004]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
[0005]一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统，包括支撑框架、装料箱和铺设推料装置，支撑框架左右两侧分别固定有承压侧板，每个承压侧板上前后滑动安装有轨道滑板，支撑框架上设有用于驱动轨道滑板前后移动的液压驱动装置；左右两侧的承压侧板之间固定连接有承压立板，所述装料箱左右滑动安装于承压立板上，所述铺设推料装置通过滑动悬挂架左右滑动安装于承压立板上，左右两侧的轨道滑板之间转动连接有水平螺纹丝杆，装料箱上设有与水平螺纹丝杆动力配合的丝杆螺母孔，其中一个轨道滑板上固定有用于驱动水平螺纹丝杆转动的丝杆驱动电机；所述铺设推料装置包括推料筒、垂直螺纹丝杆、用于驱动垂直螺纹丝杆升降运动的丝杆驱动装置和位于推料筒内部的推料板，垂直螺纹丝杆底端
与推料板固定连接，推料筒与装料箱底部连通，所述推料筒底端可拆卸式连接有出料漏斗，出料漏斗底端的出料口呈花瓣方式分布设有弹性复位挡板，所有弹性复位挡板组合封闭出料口。
[0006]为了更好地实现本专利技术，所述丝杆驱动装置包括驱动电机和驱动齿轴，所述滑动悬挂架固定有竖向定位筒，所述垂直螺纹丝杆限位置于竖向定位筒，滑动悬挂架上开有与垂直螺纹丝杆相配合的通孔，驱动电机固定于其中一个轨道滑板上，驱动电机动力输出轴与驱动齿轴固连，驱动齿轴外部固定有驱动齿，滑动悬挂架上转动安装有从动齿轴，从动齿轴外部固定有从动齿，驱动齿与从动齿之间动力连接有齿轮皮带，所述垂直螺纹丝杆上配合安装有齿轮，所述齿轮外部具有与齿轮皮带相啮合的外齿圈，齿轮内部具有与垂直螺纹丝杆配合的丝杆驱动螺纹。
[0007]优选地，所述推料板通过连接板可拆卸式连接有压料板。
[0008]本专利技术优选的液压驱动装置结构技术方案如下：所述液压驱动装置包括前后移动液压气缸和夹臂，所述前后移动液压气缸具有伸缩杆，所述夹臂固定于伸缩杆端部，夹臂通过螺钉与轨道滑板连接，所述支撑框架上固定有与前后移动液压气缸连接固定的固定座。
[0009]优选地，左侧轨道滑板顶端固定有带有轴承B的轴承座B，右侧轨道滑板顶端固定有带有轴承A的轴承座A，所述水平螺纹丝杆左端转动安装于轴承座B的轴承B中，水平螺纹丝杆右端转动安装于轴承座A的轴承A中，所述丝杆驱动电机安装于轴承座A上。
[0010]优选地，左右两侧的轨道滑板之间连接有两个相互平行的承压立板，所述装料箱两侧设有悬挂耳，悬挂耳上设有与承压立板滑动配合的滑槽及滚轮；所述滑动悬挂架滑动悬挂于两个承压立板上；所述承压立板沿长度方向设有刻度A；所述承压侧板底部设有与轨道滑板相配合的滑道，承压侧板沿长度方向设有刻度B。
[0011]优选地，所述支撑框架包括四个立柱和连接于四个立柱上的若干层横梁框架层，每层横梁框架层包括四个固定横梁，每个固定横梁与相邻两个立柱连接固定，所述立柱沿高度方向设有刻度C。
[0012]优选地，所述推料筒与装料箱连通位置处安装有进料阀，所述装料箱顶部可拆卸式安装有进料漏斗，所述装料箱内侧与进料漏斗内侧均设有刻度D。
[0013]为了实现智能化控制，本专利技术还包括智能铺设控制系统，所述智能铺设控制系统包括X轴运动控制模块、Y轴运动控制模块和Z轴运动控制模块，所述水平螺纹丝杆左右两端分别设有左端限位传感器、右端限位传感器，X轴运动控制模块分别与左端限位传感器、右端限位传感器、丝杆驱动电机电连接，X轴运动控制模块用于控制丝杆驱动电机启动、正反转工作；所述承压侧板前后两端分别设有前端限位传感器、后端限位传感器，Y轴运动控制模块分别与前端限位传感器、后端限位传感器、液压驱动装置电连接；所述Z轴运动控制模块与丝杆驱动装置的驱动电机电连接。
[0014]一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设方法，其方法如下：
[0015]A、构建所需铺设的采矿岩土三维相似模拟体，采矿岩土三维相似模拟体包括若干层采矿岩土层，采矿岩土层的参数数据包括相似模拟配置材料、层高、采矿岩土密度；在支撑框架内部放置与采矿岩土三维相似模拟体相对应的采矿岩土三维模拟容器，以采矿岩土三维模拟容器建立起采矿岩土三维模拟铺设三维坐标系，根据采矿岩土三维模拟铺设三维坐标系按照采矿岩土层对应得出所有坐标位置处的配置材料铺设量；
[0016]B、在装料箱放入第一层采矿岩土层所对应量的相似模拟配置材料，在推料筒底部安装好出料漏斗，打开进料阀；智能铺设控制系统铺设采矿岩土三维相似模拟体的第一层采矿岩土层，Z轴运动控制模块根据第一层采矿岩土层各个坐标位置处的配置材料铺设量计算出坐标位置处所对应驱动电机的控制参数，控制参数包括电机功率、工作时间；
[0017]智能铺设控制系统的X轴运动控制模块控制丝杆驱动电机工作、Y轴运动控制模块控制液压驱动装置的前后移动液压气缸工作并让出料口到达第一层采矿岩土层的第一个坐标位置处，Z轴运动控制模块控制驱动电机驱动压料板在第一个坐标位置处铺设对应量的配置材料，并依次完成第一层采矿岩土层所有坐标位置处的配置材料铺设工作；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统，其特征在于：包括支撑框架、装料箱(6)和铺设推料装置(13)，支撑框架左右两侧分别固定有承压侧板(5)，每个承压侧板(5)上前后滑动安装有轨道滑板(4)，支撑框架上设有用于驱动轨道滑板(4)前后移动的液压驱动装置；左右两侧的承压侧板(5)之间固定连接有承压立板(3)，所述装料箱(6)左右滑动安装于承压立板(3)上，所述铺设推料装置(13)通过滑动悬挂架(9)左右滑动安装于承压立板(3)上，左右两侧的轨道滑板(4)之间转动连接有水平螺纹丝杆(81)，装料箱(6)上设有与水平螺纹丝杆(81)动力配合的丝杆螺母孔，其中一个轨道滑板(4)上固定有用于驱动水平螺纹丝杆(81)转动的丝杆驱动电机(8)；所述铺设推料装置(13)包括推料筒(131)、垂直螺纹丝杆(21)、用于驱动垂直螺纹丝杆(21)升降运动的丝杆驱动装置(10)和位于推料筒(131)内部的推料板(24)，垂直螺纹丝杆(21)底端与推料板(24)固定连接，推料筒(131)与装料箱(6)底部连通，所述推料筒(131)底端可拆卸式连接有出料漏斗(14)，出料漏斗(14)底端的出料口(141)呈花瓣方式分布设有弹性复位挡板(142)，所有弹性复位挡板(142)组合封闭出料口(141)。2.按照权利要求1所述的一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统，其特征在于：所述丝杆驱动装置(10)包括驱动电机(11)和驱动齿轴(101)，所述滑动悬挂架(9)固定有竖向定位筒(23)，所述垂直螺纹丝杆(21)限位置于竖向定位筒(23)，滑动悬挂架(9)上开有与垂直螺纹丝杆(21)相配合的通孔，驱动电机(11)固定于其中一个轨道滑板(4)上，驱动电机(11)动力输出轴与驱动齿轴(101)固连，驱动齿轴(101)外部固定有驱动齿(102)，滑动悬挂架(9)上转动安装有从动齿轴，从动齿轴外部固定有从动齿(103)，驱动齿(102)与从动齿(103)之间动力连接有齿轮皮带(12)，所述垂直螺纹丝杆(21)上配合安装有齿轮(20)，所述齿轮(20)外部具有与齿轮皮带(12)相啮合的外齿圈(201)，齿轮(20)内部具有与垂直螺纹丝杆(21)配合的丝杆驱动螺纹(202)。3.按照权利要求1所述的一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统，其特征在于：所述推料板(24)通过连接板(25)可拆卸式连接有压料板(26)。4.按照权利要求1所述的一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统，其特征在于：所述液压驱动装置包括前后移动液压气缸(18)和夹臂(19)，所述前后移动液压气缸(18)具有伸缩杆，所述夹臂(19)固定于伸缩杆端部，夹臂(19)通过螺钉与轨道滑板(4)连接，所述支撑框架上固定有与前后移动液压气缸(18)连接固定的固定座(17)。5.按照权利要求1所述的一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统，其特征在于：左侧轨道滑板(4)顶端固定有带有轴承B的轴承座B(71)，右侧轨道滑板(4)顶端固定有带有轴承A的轴承座A(7)，所述水平螺纹丝杆(81)左端转动安装于轴承座B(71)的轴承B中，水平螺纹丝杆(81)右端转动安装于轴承座A(7)的轴承A中，所述丝杆驱动电机(8)安装于轴承座A(7)上。6.按照权利要求1所述的一种采矿岩土三维相似模拟智能铺设系统，其特征在于：左右两侧的轨道滑板(4)之间连接有两个相互平行的承压立板(3)，所述装料箱(6)两侧设有悬挂耳(61)，悬挂耳(61)上设有与承压立板(3)滑动配合的滑槽及滚轮；所述滑动悬挂架(9)滑动悬挂于两个承压立板(3)上；所述承压立板(3)沿长度方向设有刻度A；所述承压侧板(5)底部设有与轨道滑板(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李全生，滕腾，郭俊廷，魏世荣，朱艳照，阎跃观，张成业，李召龙，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：