一种采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟实验系统及方法技术方案

本申请公开一种采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟实验系统及方法，涉及矿业工程技术领域。包括固结柱组件，以及与固结柱组件连接的数据采集组件，固结柱组件包括底板、挡壁和盖板形成一端开口的容置空腔，在挡壁以及盖板之间设置有密封层和/或透水层；数据采集组件包括沿挡壁的长度方向间隔设置的多个第一孔隙水压力传感器和多个第一总应力传感器，以及在底板上分别设置的至少一个第二孔隙水压力传感器和至少一个第二总应力传感器；第一孔隙水压力传感器、第一总应力传感器、第二孔隙水压力传感器和第二总应力传感器分别与数据采集仪连接。能够在不影响正常采矿作业的情况下安全的进行不同边界排水条件的固结模拟实验，并实现实验的可重复性。并实现实验的可重复性。并实现实验的可重复性。

【技术实现步骤摘要】
一种采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟实验系统及方法


[0001]本申请涉及矿业工程
，具体而言，涉及一种采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟实验系统及方法。

技术介绍

[0002]地下金属非金属矿山中，尾砂充填工艺以水为载体，将尾砂料浆通过管道输送至井下采场空区，可减少尾砂的地表堆存，同时填满采矿后产生的井下空区，能有效改善矿岩的地压状态。尾砂料浆充入井下采场空区之后，在重力作用下发生渗流排水和固结硬化过程，逐渐排出料浆中多余的孔隙水，形成具有一定承载能力的固结体，从而发挥地压控制作用。矿山以往使用尾砂充填时，通常是预先分级去除尾砂中的细颗粒部分，使用颗粒相对较粗的分级尾砂制备充填料浆，该类尾砂料浆的渗透排水性能好，可在井下采场空区内快速完成排水和固结过程，而分级去除的细颗粒部分仍然是排放到地表尾矿库堆存。近年来，由于选矿工艺不断发展，磨矿并选矿后尾砂的细颗粒占比不断提高，实际粗颗粒含量占比降低，且矿山尾矿库的库容能力有限，迫使矿山逐渐使用不分级去除较细颗粒的全尾砂制备充填料浆。然而，全尾砂的粒径小、细粒含量高、渗透性差，导致全尾砂充填料浆的固结过程持续时间长，该料浆对采场空区的充填挡墙等构筑物产生持续的巨大侧向压力，影响采场充填过程的安全管理。如果对尾砂料浆的渗流固结性质认识不足，无法有效评估采场尾砂料浆固结过程中的应力状态，将极易引起挡墙垮塌、尾砂料浆淹没巷道等重大安全事故。因此，研究确定矿山尾砂料浆的固结性质对优化制定合理的充填方案十分重要。
[0003]研究井下采场内尾砂充填料浆固结过程，比较直接的方法是在采场空区内安装传感器进行现场原位监测。在实施过程中，是在待充填的采场采空区预先构筑钢结构支架，其高度与采场高度相近，沿高度方向在支架上间隔安装孔隙水压力传感器、总应力传感器等。布置完成后，将各传感器与采场空区外的数据采集仪相连。最后在尾砂料浆充填采场空区的过程中，数据采集仪记录料浆内孔隙水压力、总应力等固结参数变化过程。
[0004]井下采场空区内安装监测仪器的安全风险高，为了将传感器布置在采场空区的不同高度，人员设备可能暴露在空区内施工作业，被掉落碎石砸伤的安全风险高。针对某个矿山的某个采场空区原位监测后，采场已被完全充填，无法进行重复试验。矿山采场原位监测专用的孔隙水压力传感器、总应力传感器、现场安装的仪器设备所需消耗人力和物力成本高，且为了完成试验采场的原位监测，周边采场的正常采矿生产作业活动会被暂停，影响矿山正常生产。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟实验系统及方法，能够在不影响正常采矿作业的情况下安全的进行不同边界排水条件的固结模拟实验，并实现实验的可重复性。
[0006]本申请的实施例是这样实现的：
本申请实施例的一方面，提供一种采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟实验系统，包括固结柱组件，以及与所述固结柱组件连接的数据采集组件，所述固结柱组件包括底板、设置在所述底板上的挡壁，以及与所述挡壁可拆卸连接的盖板，所述底板、所述挡壁和所述盖板形成一端开口的容置空腔，在所述盖板以及所述挡壁之间设置有密封层和/或透水层；所述数据采集组件包括沿所述挡壁的长度方向分别间隔设置的多个第一孔隙水压力传感器和多个第一总应力传感器，以及在所述底板上分别设置的至少一个第二孔隙水压力传感器和至少一个第二总应力传感器；所述第一孔隙水压力传感器、所述第一总应力传感器、所述第二孔隙水压力传感器和所述第二总应力传感器分别与数据采集仪连接。
[0007]可选地，还包括与所述固结柱组件连接的集水组件，所述集水组件包括与所述固结柱组件连接的集水槽，以及与所述集水槽连接的集水桶，所述集水槽位于所述挡壁和所述盖板连接处的底端。
[0008]可选地，所述第一孔隙水压力传感器和所述第一总应力传感器的感应面分别与所述挡壁的内壁面平齐，所述第二孔隙水压力传感器和所述第二总应力传感器的感应面分别与所述底板的内表面平齐。
[0009]可选地，当同时设置所述密封层和所述透水层时，所述密封层位于所述透水层的物理高度之上，且所述透水层占所述盖板长度的1/10至1/5，所述密封层占所述盖板长度的9/10至4/5。
[0010]可选地，所述盖板的相对两侧分别设置有U型卡条，以使所述密封层和/或透水层与所述盖板连接。
[0011]可选地，所述挡壁上形成有连接部，所述盖板与所述连接部相对应，以使所述盖板通过紧固件与所述连接部连接；所述盖板上设置有沿盖板长度方向延伸的刻度尺。
[0012]可选地，还包括与所述集水桶配合的称重组件，所述称重组件用于称量所述集水桶内排出水的质量。
[0013]可选地，还包括与所述固结柱组件配合的支撑座，所述支撑座上设置有支撑柱，所述支撑柱上设置有滚轮。
[0014]本申请实施例的另一方面，提供一种采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟实验方法，采用如上所述任意一项所述的采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟实验系统，所述方法包括：分别将第一孔隙水压力传感器、第一总应力传感器、第二孔隙水压力传感器和第二总应力传感器设置于固结柱组件的对应位置，并与数据采集仪连接；根据模拟采场尾砂充填料浆的浓度和灰砂比，定量制备所需料浆；将密封层设置于盖板，并将所述盖板与挡壁连接，或，将透水层设置于盖板，并将所述盖板与挡壁连接，或，将密封层和透水层设置于盖板，并将所述盖板与挡壁连接；将所述料浆沿挡壁的内壁分单次或间隔预设时间后分多次倒入容置空腔；通过数据采集仪采集所述第一孔隙水压力传感器、所述第一总应力传感器、所述第二孔隙水压力传感器和所述第二总应力传感器的数据，并记录所述料浆顶部下沉量。
[0015]可选地，所述采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟实验系统包括与所述固结柱组件连接的集水组件，以及与所述集水组件的集水桶配合的称重组件时，所述方法还包括：通过所述集水桶收集排出水，并通过所述称重组件记录所述排出水的质量。
[0016]可选地，所述将所述密封层和所述透水层设置于所述盖板，并将所述盖板与所述挡壁连接包括：将所述密封层位于所述透水层的物理高度之上，且所述透水层占所述盖板长度的1/10至1/5，所述密封层占所述盖板长度的9/10至4/5。
[0017]本申请实施例的有益效果包括：本申请实施例提供的采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟实验系统及方法，通过固结柱组件和数据采集组件的结合，使得料浆在固结柱组件内自重固结过程中受数据采集组件的检测，以通过数据采集仪分别采集第一孔隙水压力传感器、第一总应力传感器、第二孔隙水压力传感器和第二总应力传感器检测到的数据，并记录料浆的下沉量。在实际的实验过程中，可以选择在盖板以及挡壁之间只设置密封层，或只设置透水层，也可以同时设置密封层和透水层，从而模拟测试不同边界排水条件下料浆的孔隙水压力、总应力和下沉量等数据，定量地测试获取料浆关键固结参数随时间演化过程，可用于模拟评估采场空区内尾砂料浆的固结参数发展状态，进而为合理制定安全高效的采场空区内连续充填方案提供依据。与采场空区内安装传感器进行现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟实验系统，其特征在于，包括固结柱组件，以及与所述固结柱组件连接的数据采集组件，所述固结柱组件包括底板、设置在所述底板上的挡壁，以及与所述挡壁可拆卸连接的盖板，所述底板、所述挡壁和所述盖板形成一端开口的容置空腔，在所述挡壁以及所述盖板之间设置有密封层和/或透水层；所述数据采集组件包括沿所述挡壁的长度方向分别间隔设置的多个第一孔隙水压力传感器和多个第一总应力传感器，以及在所述底板上分别设置的至少一个第二孔隙水压力传感器和至少一个第二总应力传感器；所述第一孔隙水压力传感器、所述第一总应力传感器、所述第二孔隙水压力传感器和所述第二总应力传感器分别与数据采集仪连接。2.根据权利要求1所述的采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟实验系统，其特征在于，还包括与所述固结柱组件连接的集水组件，所述集水组件包括与所述固结柱组件连接的集水槽，以及与所述集水槽连接的集水桶，所述集水槽位于所述挡壁和所述盖板连接处的底端。3.根据权利要求1或2所述的采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟实验系统，其特征在于，所述第一孔隙水压力传感器和所述第一总应力传感器的感应面分别与所述挡壁的内壁面平齐，所述第二孔隙水压力传感器和所述第二总应力传感器的感应面分别与所述底板的内表面平齐。4.根据权利要求1或2所述的采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟实验系统，其特征在于，当同时设置所述密封层和所述透水层时，所述密封层位于所述透水层的物理高度之上，且所述透水层占所述盖板长度的1/10至1/5，所述密封层占所述盖板长度的9/10至4/5。5.根据权利要求1或2所述的采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟实验系统，其特征在于，所述盖板的相对两侧分别设置有U型卡条，以使所述密封层和/或透水层与所述盖板连接。6.根据权利要求1或2所述的采场尾砂充填料浆自重固结过程模拟实验系统，其特征在于，所述挡壁上形成有连接部，所述盖板与所述连接部相对应，以使所述盖板通过紧固件与所述连接部连接；所述盖板上设置有...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘光生，杨小聪，郭利杰，马青海，许文远，魏晓明，彭啸鹏，赵越，
申请(专利权)人：矿冶科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：