【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种模拟多段高溜井冲击磨损试验装置及方法，属于土工试验设备。
技术介绍
1、矿山溜井围岩处于恶劣、反复、复杂的应力环境，在长期使用过程中会发生不同程度的冒落和垮塌。由于溜井是矿山企业生产流程的重要环节，溜井围岩垮塌既威胁安全产生，又难于采取有效的井壁支护措施。在溜井围岩垮冒研究领域，常规物理模拟试验无法模拟高深溜井中矿岩物料对溜井围岩的冲击摩擦损伤。
技术实现思路
1、针对现有溜井围岩垮冒研究领域，常规物理模拟试验无法模拟高深溜井中高速运动的矿岩物料对溜井围岩的冲击摩擦损伤的技术问题，本专利技术提出了一种模拟多段高溜井冲击磨损试验装置及方法，即基于相似性原理，通过压缩空气为模拟物料提供不同大小和方向的速度，模拟研究矿岩物料卸入溜井后对井壁围岩的冲击磨损规律。
2、本专利技术为解决其技术问题而采用的技术方案是：
3、一种模拟多段高溜井冲击磨损试验装置，包括底座1、溜井围岩模型2、物料输送管、物料缸11、配重箱17、空气压缩泵18，
4、配重箱17固定设置在底座1侧面，溜井围岩模型2设置在底座1上，溜井围岩模型2中竖直开设有溜井模型3，底座1上开设有与溜井模型3的底端连通的预留孔32，溜井围岩模型2内埋设有若干个位移-应力传感器4，位移-应力传感器4位于溜井模型3的侧面且远离配重箱17；
5、物料缸11固定设置在配重箱17顶部侧面，物料缸11顶端的出料口通过物料输送管与溜井模型3的顶端入口连通，物料缸11的底部设置有活塞12
6、所述物料缸11的底端设置有闸阀13，储压缸15的排气端通过闸阀13与物料缸12底端连通。
7、所述闸阀13包括启动按钮20、插销a21、活塞固定装置22、插销b23、插销c24和复位按钮25，活塞固定装置22套设固定在物料缸11的底部，活塞固定装置22中部水平开设有插销孔ⅰ和插销孔ⅱ，物料缸11的侧壁水平开设有插销孔ⅲ和插销孔ⅳ，插销孔ⅰ与插销孔ⅲ连通，插销孔ⅱ与插销孔ⅳ连通，活塞12的中部水平开设有插销孔ⅴ，插销孔ⅰ、插销孔ⅱ、插销孔ⅲ、插销孔ⅳ和插销孔ⅴ位于同一水平线上，启动按钮20的端头固定设置有插销a21，插销a21插设在插销孔ⅰ和插销孔ⅲ中，复位按钮25的端头固定设置有插销c24，插销c24插设在插销孔ⅱ和插销孔ⅳ中，插销孔ⅴ内滑设有与插销孔ⅴ匹配的插销b23，插销a21、插销b23和插销c24形成活塞12的制动机构。
8、所述插销a21的长度等于插销孔ⅰ和插销孔ⅲ的总深度和，插销c24的长度大于插销孔ⅱ和插销孔ⅳ的总深度和。
9、所述物料输送管包括导向管b5、导向管a6、导流管b7和导流管a9，导流管b7通过固定装置8水平固定设置在配重箱顶板36的上方，导流管b7通过导流管a9与物料缸11顶端的出料口连通，导流管b7的出口与导向管a6的入口连通，导向管a6的出口与导向管b5的入口连通，导向管b5的出口与溜井模型3的顶端入口连通。
10、所述导向管b5的出口中心位于溜井模型3的竖中轴上，导向管b5的出口端与溜井模型3顶面的夹角为α，40≤α≤90。
11、以溜井围岩模型2的顶面为起点至溜井围岩模型2的底面，位移-应力传感器4依次呈阵列a、阵列b和阵列c分布；
12、阵列a的高度为溜井围岩模型2的高度h的1/3～5/12，阵列a中相邻位移-应力传感器4的间距d1为2cm≤d1＜4cm，阵列a的第一列与溜井模型3侧面的间距为3～5cm，阵列a的最后一列与溜井模型3侧面的间距为15～30cm；
13、阵列b的高度为溜井围岩模型2的高度h的1/3～1/2，阵列b中相邻位移-应力传感器4的间距d2为间距d1的1.2～2倍且4cm≤d2＜8cm，阵列b的第一列与溜井模型3侧面的间距为3～5cm，阵列b的最后一列与溜井模型3侧面的间距为15～30cm；
14、阵列c的高度为溜井围岩模型2的高度h的1/12～1/3，阵列c中相邻位移-应力传感器4的间距为d3为间距d2的1.2～2倍且8cm≤d3≤12cm，阵列c的第一列与溜井模型3侧面的间距为3～5cm，阵列c的最后一列与溜井模型3侧面的间距为15～30cm。
15、所述底座1包括侧面模板a26、斜撑板ⅰ、斜撑板ⅱ27、底面模板28和侧面模板b29，侧面模板a26竖直设置且侧面模板a26与配重箱17的侧板平行，底面模板28的ⅰ端与配重箱侧板33底部固定连接，底面模板28的ⅰ端底面通过斜撑板ⅰ与配重箱侧板33加固连接，底面模板28的ⅱ端与侧面模板a26的底部固定连接，底面模板28的ⅱ端底面通过斜撑板ⅱ27与侧面模板a26的底部加固连接，侧面模板b29分层设置在侧面模板a26的侧面和配重箱侧板33的侧面之间。
16、优选的，所述固定装置8包括固定杆a37、固定杆b42、固定杆c43和卡扣39，固定杆a37竖直固定在配重箱顶板36上，固定杆c43水平固定在配重箱顶板36上且固定杆c43的ⅰ端与固定杆a37的底端相接，固定杆c43的ⅱ端通过螺杆d44与固定杆b42的ⅰ端连接，固定杆b42的ⅱ端通过螺杆c38与固定杆a37的顶部连接，固定杆a37、固定杆b42和固定杆c43形成三角固定支架，固定杆a37的顶端固定设置有卡扣39，导流管b7通过卡扣39固定设置在固定杆a37的顶端。
17、模拟多段高溜井冲击磨损的试验方法，采用所述模拟多段高溜井冲击磨损试验装置，具体步骤如下：
18、s1.根据溜井实际情况，在底座上制作溜井围岩模型和溜井模型，并在溜井围岩模型内埋设位移-应力传感器；
19、s2.将模拟物料装入物料缸内，并通过物料输送管将物料缸顶端的出料口与溜井模型的顶端入口连通；
20、s3.空气压缩泵通过导气管向储压缸输送压缩空气，并通过气压表实时监测储压缸内的压力；
21、s4.储压缸内的压力推动活塞以预设速度向上运动，活塞推动模拟物料以预设运动速度向上运动，模拟物料经物料输送管并以预设方向和速度冲击溜井模型的井壁，溜井模型内的模拟物料在重力和溜井模型内壁的反弹下不断下降并反复冲击溜井模型内壁的不同位置，然后经底座的预留孔排出形成模拟物料堆；同时，溜井围岩模型内埋设的位移-应力传感器实时采集溜井围岩模型对应测试点的位移和应力；
22、s5.同一流放高度条件下模拟物料的不同卸入量试验：重复步骤s2.～s4.至模拟物料堆的质量满足试验预定的模拟物料的不同卸入量；通过分析溜井围岩模型内埋设的位移-应力传感器实时采集溜井围岩模型对应测试点的位移和应力，以分析同一流放高度条件下模拟物料的不同卸入量对溜井模型侧壁产生的冲击损伤破坏规律；
23、s6.本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟多段高溜井冲击磨损试验装置，其特征在于：包括底座(1)、溜井围岩模型(2)、物料输送管、物料缸(11)、配重箱(17)、空气压缩泵(18)，
2.根据权利要求1所述模拟多段高溜井冲击磨损试验装置，其特征在于：物料缸(11)的底端设置有闸阀(13)，储压缸(15)的排气端通过闸阀(13)与物料缸(11)底端连通。
3.根据权利要求2所述模拟多段高溜井冲击磨损试验装置，其特征在于：闸阀(13)包括启动按钮(20)、插销A(21)、活塞固定装置(22)、插销B(23)、插销C(24)和复位按钮(25)，活塞固定装置(22)套设固定在物料缸(11)的底部，活塞固定装置(22)中部水平开设有插销孔Ⅰ和插销孔Ⅱ，物料缸(11)的侧壁水平开设有插销孔Ⅲ和插销孔Ⅳ，插销孔Ⅰ与插销孔Ⅲ连通，插销孔Ⅱ与插销孔Ⅳ连通，活塞(12)的中部水平开设有插销孔Ⅴ，插销孔Ⅰ、插销孔Ⅱ、插销孔Ⅲ、插销孔Ⅳ和插销孔Ⅴ位于同一水平线上，启动按钮(20)的端头固定设置有插销A(21)，插销A(21)插设在插销孔Ⅰ和插销孔Ⅲ中，复位按钮(25)的端头固定设置有插销C(24)，插销C(2
4.根据权利要求3所述模拟多段高溜井冲击磨损试验装置，其特征在于：插销A(21)的长度等于插销孔Ⅰ和插销孔Ⅲ的总深度和，插销C(24)的长度大于插销孔Ⅱ和插销孔Ⅳ的总深度和。
5.根据权利要求1所述模拟多段高溜井冲击磨损试验装置，其特征在于：物料输送管包括导向管B(5)、导向管A(6)、导流管B(7)和导流管A(9)，导流管B(7)通过固定装置(8)水平固定设置在配重箱顶板(36)的上方，导流管B(7)通过导流管A(9)与物料缸(11)顶端的出料口连通，导流管B(7)的出口与导向管A(6)的入口连通，导向管A(6)的出口与导向管B(5)的入口连通，导向管B(5)的出口与溜井模型(3)的顶端入口连通。
6.根据权利要求5所述模拟多段高溜井冲击磨损试验装置，其特征在于：导向管B(5)的出口中心位于溜井模型(3)的竖中轴上，导向管B(5)的出口端与溜井模型(3)顶面的夹角为α，40≤α≤90。
7.根据权利要求1所述模拟多段高溜井冲击磨损试验装置，其特征在于：以溜井围岩模型(2)的顶面为起点至溜井围岩模型(2)的底面，位移-应力传感器(4)依次呈阵列A、阵列B和阵列C分布；
8.根据权利要求1所述模拟多段高溜井冲击磨损试验装置，其特征在于：底座(1)包括侧面模板A(26)、斜撑板Ⅰ、斜撑板Ⅱ(27)、底面模板(28)和侧面模板B(29)，侧面模板A(26)竖直设置且侧面模板A(26)与配重箱(17)的侧板平行，底面模板(28)的Ⅰ端与配重箱侧板(33)底部固定连接，底面模板(28)的Ⅰ端底面通过斜撑板Ⅰ与配重箱侧板(33)加固连接，底面模板(28)的Ⅱ端与侧面模板A(26)的底部固定连接，底面模板(28)的Ⅱ端底面通过斜撑板Ⅱ(27)与侧面模板A(26)的底部加固连接，侧面模板B(29)分层设置在侧面模板A(26)的侧面和配重箱侧板(33)的侧面之间。
9.根据权利要求5所述模拟多段高溜井冲击磨损试验装置，其特征在于：固定装置(8)包括固定杆A(37)、固定杆B(42)、固定杆C(43)和卡扣(39)，固定杆A(37)竖直固定在配重箱顶板(36)上，固定杆C(43)水平固定在配重箱顶板(36)上且固定杆C(43)的Ⅰ端与固定杆A(37)的底端相接，固定杆C(43)的Ⅱ端通过螺杆D(44)与固定杆B(42)的Ⅰ端连接，固定杆B(42)的Ⅱ端通过螺杆C(38)与固定杆A(37)的顶部连接，固定杆A(37)、固定杆B(42)和固定杆C(43)形成三角固定支架，固定杆A(37)的顶端固定设置有卡扣(39)，导流管B(7)通过卡扣(39)固定设置在固定杆A(37)的顶端。
10.模拟多段高溜井冲击磨损的试验方法，其特征在于：采用权利要求1～9任一项所述模拟多段高溜井冲击磨损试验装置，具体步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种模拟多段高溜井冲击磨损试验装置，其特征在于：包括底座(1)、溜井围岩模型(2)、物料输送管、物料缸(11)、配重箱(17)、空气压缩泵(18)，
2.根据权利要求1所述模拟多段高溜井冲击磨损试验装置，其特征在于：物料缸(11)的底端设置有闸阀(13)，储压缸(15)的排气端通过闸阀(13)与物料缸(11)底端连通。
3.根据权利要求2所述模拟多段高溜井冲击磨损试验装置，其特征在于：闸阀(13)包括启动按钮(20)、插销a(21)、活塞固定装置(22)、插销b(23)、插销c(24)和复位按钮(25)，活塞固定装置(22)套设固定在物料缸(11)的底部，活塞固定装置(22)中部水平开设有插销孔ⅰ和插销孔ⅱ，物料缸(11)的侧壁水平开设有插销孔ⅲ和插销孔ⅳ，插销孔ⅰ与插销孔ⅲ连通，插销孔ⅱ与插销孔ⅳ连通，活塞(12)的中部水平开设有插销孔ⅴ，插销孔ⅰ、插销孔ⅱ、插销孔ⅲ、插销孔ⅳ和插销孔ⅴ位于同一水平线上，启动按钮(20)的端头固定设置有插销a(21)，插销a(21)插设在插销孔ⅰ和插销孔ⅲ中，复位按钮(25)的端头固定设置有插销c(24)，插销c(24)插设在插销孔ⅱ和插销孔ⅳ中，插销孔ⅴ内滑设有与插销孔ⅴ匹配的插销b(23)，插销a(21)、插销b(23)和插销c(24)形成活塞(12)的制动机构。
4.根据权利要求3所述模拟多段高溜井冲击磨损试验装置，其特征在于：插销a(21)的长度等于插销孔ⅰ和插销孔ⅲ的总深度和，插销c(24)的长度大于插销孔ⅱ和插销孔ⅳ的总深度和。
5.根据权利要求1所述模拟多段高溜井冲击磨损试验装置，其特征在于：物料输送管包括导向管b(5)、导向管a(6)、导流管b(7)和导流管a(9)，导流管b(7)通过固定装置(8)水平固定设置在配重箱顶板(36)的上方，导流管b(7)通过导流管a(9)与物料缸(11)顶端的出料口连通，导流管b(7)的出口与导向管a(6)的入口连通，导向管a(6)的出口与导向管b(5)的入口连通，导向管b(5)的出口与溜井模型(3)的顶端入口连通...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯克鹏，朱志岗，孙华芬，者亚雷，程涌，杨八九，徐培良，程玉印，王黎蝶，金杰，余国强，虞云林，牛向东，孙发院，李正平，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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