本發(fā)明涉及礦山上覆巖層實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，尤其涉及一種相似模擬材料快速成型裝置及應(yīng)用方法。

背景技術(shù)：

采場煤層開采后，上覆巖層隨著工作面的推進(jìn)在與采場垂直的方向會形成跨落帶，裂隙帶和彎曲下沉帶，準(zhǔn)確地劃分“三帶”位置對采煤可行性研究與覆巖離層充填技術(shù)有著至關(guān)重要的意義。然而礦山現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)難度大，目前在相似原理基礎(chǔ)上，應(yīng)用相似模擬實(shí)驗(yàn)研究煤層開采后上覆巖層的破斷和跨落規(guī)律已經(jīng)非常普遍。現(xiàn)階段相似模擬材料在實(shí)驗(yàn)室制作周期長，人力物力投入過大，效率低下，針對此問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)出一種相似模擬材料快速成型裝置，該裝置使得相似材料快速成型，不但滿足實(shí)驗(yàn)的要求，重復(fù)性強(qiáng)，提高制作的精度，而且大大地減少制作周期，提高了制作的效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提出一種相似模擬材料快速成型裝置，本發(fā)明主要是材料注入機(jī)構(gòu)中的材料在抽取管道提供負(fù)壓作用下，按照預(yù)定的比例進(jìn)入到均勻混合機(jī)構(gòu)中，材料經(jīng)過均勻混合后在抽取管道提供負(fù)壓作用下進(jìn)入智能壓縮成型機(jī)構(gòu)，最終使得預(yù)定比例的材料快速成型。整個制作的過程操作簡單，重復(fù)性強(qiáng)，制作精度高，同時大大地減少人力物力，提高了材料成型的效率。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種相似模擬材料快速成型裝置，其特征在于：所述一種相似模擬材料快速成型裝置裝置包括：

材料注入機(jī)構(gòu)，包括粗骨料儲層、細(xì)骨料儲層、水儲層、粗骨料注入孔、細(xì)骨料注入孔、水注入孔，所述粗骨料儲層與細(xì)骨料儲層上下方位進(jìn)行連接，所述細(xì)骨料儲層與水儲層上下方位進(jìn)行連接，所述粗骨料注入孔置于粗骨料儲層表面，所述細(xì)骨料注入孔置于粗骨料儲層表面向下延伸至細(xì)骨料儲層表面，所述水注入孔置于粗骨料儲層表面向下延伸至水儲層表面。

抽取管道，包括材料流通主管道、粗骨料流通次管道、細(xì)骨料流通次管道、水流通次管道、粗骨料流量控制閥門、細(xì)骨料流量控制閥門、水流量控制閥門，所述粗骨料流量控制閥門置于粗骨料流通次管道中部，所述細(xì)骨料流量控制閥門置于細(xì)骨料流通次管道中部，所述水流量控制閥門置于水流通次管道中部，所述粗骨料流通次管道、細(xì)骨料流通次管道、水流通次管道與材料流通主管道相連接。

均勻混合機(jī)構(gòu)，包括混合器、攪拌器、攪拌器加固螺柱，所述攪拌器置于混合器內(nèi)部，所述攪拌器通過攪拌加固螺柱和混合器相連接。

混合材料流通管道，包括混合材料流通管道、混合材料流量控制閥門，所述混合材料流量控制閥門置于混合材料流通管道中部。

智能供壓機(jī)構(gòu)，包括供壓器、壓力輸出管道，所述供壓器與壓力輸出管道相連，所述壓力輸出管道與材料流通主管道和混合器相連接。

智能壓縮成型機(jī)構(gòu)，包括螺柱、螺母、伺壓加載系統(tǒng)、注料孔、材料模具軌道、材料模具托軌、鉸接結(jié)構(gòu)、成型擋板、底座。所述伺壓加載系統(tǒng)通過螺母與螺柱相連接，所述注料孔置于材料模具軌道與加載系統(tǒng)之間，所述材料模具軌道通過鉸接結(jié)構(gòu)與材料模具托軌相連接，所述成型擋板置于材料模具托軌與螺柱之間，所述底座置于壓縮成型裝置最底部。

優(yōu)選地，所述粗骨料儲層下部分別置有粗骨料注入孔、細(xì)骨料注入孔、水注入孔。

優(yōu)選地，所述攪拌器置于混合器內(nèi)部，且通過攪拌加固螺柱和混合器相連接。

本發(fā)明還提出了一種相似模擬材料快速成型裝置應(yīng)用方法，應(yīng)用上述裝置，其包括如下實(shí)驗(yàn)步驟：

a、根據(jù)所需要模擬的采場上覆巖層，確定不同巖層各個組分材料之間配比以及所需質(zhì)量，將所需材料置于材料注入機(jī)構(gòu)，根據(jù)實(shí)際需要確定材料注入機(jī)構(gòu)、抽取管道、均勻混合機(jī)構(gòu)、智能供壓機(jī)構(gòu)、智能壓縮成型機(jī)構(gòu)等的尺寸和管道長度；

b、根據(jù)各零部件空間位置進(jìn)行有順序的組裝，將粗骨料儲層置于細(xì)骨料儲層上方；將細(xì)骨料儲層置于水儲層上方；粗骨料流通次管道與粗骨料儲層左側(cè)相連接；細(xì)骨料流通次管道與細(xì)骨料儲層左側(cè)相連接；水流通次管道與水儲層左側(cè)相連接；粗骨料流通次管道、細(xì)骨料流通次管道、水流通次管道與材料流通主管道相連接；材料流通主管道、與混合器底部相連接；混合材料流通管道與混合器左側(cè)相連接；混合材料流通管道、材料流通主管道與壓力輸出管道相連接；混合材料流通管道與注料孔相連接；伺壓加載系統(tǒng)通過螺母與螺柱相連接；材料模具軌道通過鉸接結(jié)構(gòu)與材料模具托軌相連接；成型擋板置于材料模具托軌與螺柱之間；底座置于壓縮成型裝置最底部；

c、檢查各部件的連接及工作情況，確保其正常工作后，將預(yù)先準(zhǔn)備制作成型的相似模擬材料置于材料注入機(jī)構(gòu)內(nèi)，開啟系統(tǒng)中各個裝置，進(jìn)行材料壓縮成型操作；

d、通過智能供壓機(jī)構(gòu)和均勻混合機(jī)構(gòu)，使得粗骨料均勻地通過粗骨料流通次管道、細(xì)骨料均勻地通過細(xì)骨料流通次管道、水均勻地通過水流通次管道最終到達(dá)材料流通主管道；材料經(jīng)過攪拌器均勻地到達(dá)混合材料流通管道；混合材料進(jìn)去到注料孔再到達(dá)材料模具軌道在材料模具托軌上進(jìn)行壓縮成型；

e、材料進(jìn)入材料模具軌道后，控制伺壓加載系統(tǒng)，對混合材料進(jìn)行加壓制作不同高度層位的上覆巖層和煤層，制作完成后按相反順序拆卸轉(zhuǎn)置，并妥善保存；

f、制作下一種材質(zhì)的人工巖芯時重復(fù)步驟a-e。

與現(xiàn)有相似模擬材料成型方法相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明述及的一種相似模擬材料快速成型裝置，本發(fā)明主要是材料注入機(jī)構(gòu)中的材料在抽取管道提供負(fù)壓作用下，流量控制閥門可以確定各種材料的比例，按照預(yù)定的比例進(jìn)入到均勻混合機(jī)構(gòu)中，材料經(jīng)過均勻混合后在抽取管道提供負(fù)壓作用下進(jìn)入智能壓縮成型機(jī)構(gòu)，最終使得預(yù)定比例的材料快速成型。整個制作的過程操作簡單，重復(fù)性強(qiáng)，制作精度高，同時大大地減少人力物力，提高了材料成型的效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的工作狀態(tài)圖；

圖2為本發(fā)明的材料注入機(jī)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明的抽取管道圖；

圖4為本發(fā)明的均勻混合機(jī)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明的混合材料流通管道圖

圖6為本發(fā)明的智能供壓機(jī)構(gòu)圖；

圖7為本發(fā)明的智能壓縮成型機(jī)構(gòu)圖；

圖8為本發(fā)明的智能壓縮成型機(jī)構(gòu)A-A剖面圖。

圖中：1-粗骨料儲層；2-細(xì)骨料儲層；3-水儲層；4-粗骨料注入孔；5-細(xì)骨料注入孔；6-水注入孔；7-材料流通主管道；8-粗骨料流通次管道；9-細(xì)骨料流通次管道；10-水流通次管道，11-粗骨料流量控制閥門；12-細(xì)骨料流量控制閥門；13-水流量控制閥門；14-混合器；15-攪拌器；16-攪拌器加固螺柱；17-混合材料流通管道；18-混合材料流量控制閥門；19-供壓器；20-壓力輸出管道；21-螺柱；22-螺母；23-伺壓加載系統(tǒng)；24-注料孔；25-材料模具軌道；26-材料模具托軌；27-鉸接結(jié)構(gòu)；28-成型擋板；29-底座。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8所示，一種相似模擬材料快速成型裝置，包括材料注入機(jī)構(gòu)、抽取管道、均勻混合機(jī)構(gòu)、智能供壓機(jī)構(gòu)、智能壓縮成型機(jī)構(gòu)。

材料注入機(jī)構(gòu)，所述粗骨料儲層1與細(xì)骨料儲層2上下方位進(jìn)行連接，所述細(xì)骨料儲層2與水儲層3上下方位進(jìn)行連接，所述粗骨料注入孔4置于粗骨料儲層1表面，所述細(xì)骨料注入孔5置于粗骨料儲層1表面向下延伸至細(xì)骨料儲層2表面，所述水注入孔6置于粗骨料儲層1表面向下延伸至水儲層3表面。

抽取管道，所述粗骨料流量控制閥門11置于粗骨料流通次管道8中部，所述細(xì)骨料流量控制閥門12置于細(xì)骨料流通次管道9中部，所述水流量控制閥門13置于水流通次管道10中部，所述粗骨料流通次管道8、細(xì)骨料流通次管道9、水流通次管道10與材料流通主管道7相連接。

均勻混合機(jī)構(gòu)，所述攪拌器15置于混合器14內(nèi)部，所述攪拌器15通過攪拌加固螺柱16和混合器15相連接。

混合材料流通管道，所述混合材料流量控制閥門18置于混合材料流通管道17中部。

智能供壓機(jī)構(gòu)，所述供壓器19與壓力輸出管道20相連，所述壓力輸出管道20與材料流通主管道7和混合材料流通管道17相連接。

智能壓縮成型機(jī)構(gòu)，所述伺壓加載系統(tǒng)通過螺母22與螺柱21相連接，所述注料孔24置于材料模具軌道25與加載系統(tǒng)23之間，所述材料模具軌道25通過鉸接結(jié)構(gòu)27與材料模具托軌26相連接，所述成型擋板28置于材料模具托軌26與螺柱21之間，所述底座29置于壓縮成型裝置最底部。

結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、所示，先將相似模擬材料置于材料注入機(jī)構(gòu)，通過控制智能供壓機(jī)構(gòu)和均勻混合機(jī)構(gòu)，材料顆粒均勻到達(dá)智能壓縮成型機(jī)構(gòu)。

人工巖芯配制步驟大致如下：

a、根據(jù)所需要模擬的采場上覆巖層，確定不同巖層各個組分材料之間配比以及所需質(zhì)量，將所需材料置于材料注入機(jī)構(gòu)，根據(jù)實(shí)際需要確定材料注入機(jī)構(gòu)、抽取管道、均勻混合機(jī)構(gòu)、智能供壓機(jī)構(gòu)、智能壓縮成型機(jī)構(gòu)等的尺寸和管道長度；

b、根據(jù)各零部件空間位置進(jìn)行有順序的組裝，將粗骨料儲層1置于細(xì)骨料儲層2上方；將細(xì)骨料儲層2置于水儲層3上方；粗骨料流通次管道8與粗骨料儲層1左側(cè)相連接；細(xì)骨料流通次管道9與細(xì)骨料儲層2左側(cè)相連接；水流通次管道10與水儲層3左側(cè)相連接；粗骨料流通次管道8、細(xì)骨料流通次管道9、水流通次管道10與材料流通主管道7相連接；材料流通主管道7、與混合器14底部相連接；混合材料流通管道17與混合器14左側(cè)相連接；混合材料流通管道17、材料流通主管道7與壓力輸出管道20相連接；混合材料流通管道17與注料孔24相連接；伺壓加載系統(tǒng)23通過螺母22與螺柱21相連接；材料模具軌道25通過鉸接結(jié)構(gòu)27與材料模具托軌26相連接；成型擋板28置于材料模具托軌26與螺柱21之間；底座29置于壓縮成型裝置最底部；

c、檢查各部件的連接及工作情況，確保其正常工作后，將預(yù)先準(zhǔn)備制作成型的相似模擬材料置于材料注入機(jī)構(gòu)內(nèi)，開啟系統(tǒng)中各個裝置，進(jìn)行材料壓縮成型操作；

d、通過智能供壓機(jī)構(gòu)和均勻混合機(jī)構(gòu)，使得粗骨料均勻地通過粗骨料流通次管道8、細(xì)骨料均勻地通過細(xì)骨料流通次管道9、水均勻地通過水流通次管道10最終到達(dá)材料流通主管道7；材料經(jīng)過攪拌器15均勻地到達(dá)混合材料流通管道17；混合材料進(jìn)去到注料孔24再到達(dá)材料模具軌道25在材料模具托軌26上進(jìn)行壓縮成型；

e、材料進(jìn)入材料模具軌道25后，控制伺壓加載系統(tǒng)23，對混合材料進(jìn)行加壓制作不同高度層位的上覆巖層和煤層，制作完成后按相反順序拆卸轉(zhuǎn)置，并妥善保存；

f、制作下一種材質(zhì)的人工巖芯時重復(fù)步驟a-e。

當(dāng)然，以上說明僅僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本發(fā)明并不限于列舉上述實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)說明的是，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本說明書的教導(dǎo)下，所做出的所有等同替換、明顯變形形式，均落在本說明書的實(shí)質(zhì)范圍之內(nèi)，理應(yīng)受到本發(fā)明的保護(hù)。