[實用新型]一種膏體充填多場耦合研究裝置

有效

• 申請號: 201420250770.7
• 申請日: 2014-05-16
• 公開（公告）號: CN203909017U
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發明（設計）人: 吳愛祥;王勇;王洪江
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本實用新型屬于膏體充填技術精細化研究領域，主要對多場條件下膏體性能演化進行測定，對于安全、經濟膏體結構設計具有重要意義。

背景技術

尾礦庫與采空區被認為是非煤礦山的兩大危險源，尾礦庫潰壩不僅威脅人民生命財產的安全，還造成環境大面積污染和生態嚴重破壞。全尾膏體充填是有效協調尾礦庫與采空區安全與環境問題的一項重要舉措。膏體充填采礦技術發展至今，其應用已經相對較為成熟。為了進一步降低充填成本，加快采充周期，迫使著該技術正在朝向精細化的研究方向發展。

膏體充填研究一般采用簡單、成本較低的單軸抗壓強度(UCS)來評價膏體性能，但是由于UCS測量提供的信息是有限的，不能幫助設計者更好的理解水化反應過程和影響因素，設計更加經濟和安全的膏體配比。這是因為，當膏體被輸送到采場時，膏體料養護過程中涉及傳熱、滲流、力學、化學等多個作用過程，如圖1。

因此，在膏體技術精細化研究的道路上，多場耦合是一種重要的研究手段。但是，目前對于膏體充填多場耦合研究還較少，相關實驗裝置也處于探索階段。為此，有必要研制能夠準確測量膏體在不同養護條件下的多場耦合性能，為安全、經濟的膏體結構設計提供依據。

發明內容

本實用新型的目的在于，提供一種膏體充填多場耦合研究裝置。使用該裝置能夠精確測量膏體養護過程熱力學、水力學、力學和化學性能，為膏體充填設計和技術應用提供依據。主要有以下幾個優點：第一，膏體料采用密封和隔熱設計，膏體料與養護箱之間布滿保溫棉，對實際采場圍巖進行有效模擬，有利于膏體料溫度場的研究；第二，引入了沉降測量，對膏體料養護過程中壓縮沉降和化學沉縮進行準確記錄，可根據不同需要，埋設一個或多個傳感器，測量所需的熱力學、水力學、化學性能參數；第三，實驗精度高，整個實驗過程采用一個或多個數據采集器對測試結果進行收集，并通過電腦對結果實時監測。

本實用新型主體由圓柱形盛料筒、膏體充填料、盛料筒密封蓋、固定圓柱筒、盛料筒隔熱材料、傳感器、千分表、千分表固定支架、千分表測量桿引導筒、養護箱、保溫棉、密封材料、數據收集器、電腦、養護室組成，如圖2所示。

圓柱形盛料筒位于養護箱中心位置，膏體充填料填滿圓柱形盛料筒，盛料筒密封蓋扣在圓柱形盛料筒頂部，固定圓柱筒套于圓柱形盛料筒外部，盛料筒隔熱材料緊密填充于圓柱形盛料筒和固定圓柱筒之間，圓柱形盛料筒的頂部和底部也采用隔熱材料包裹，傳感器埋設于膏體充填料內部，千分表固定于盛料筒上方，千分表采用支架固定于養護箱外部，千分表的測量桿采用引導筒進行固定，養護箱與固定圓柱筒之間布滿保溫棉，養護箱與千分表連接處采用密封材料進行密封，數據收集器與傳感器相連，數據收集器連接于電腦，整個測試裝置放置于養護室內。

圓柱形盛料筒，主要用于膏體充填料的盛放，由于盛料筒內部要布置傳感器，因此盛料筒直徑范圍為10cm～50cm，高度范圍為20cm～100cm。

膏體充填料，飽和率為100％～105％，膏體料內部的水分主要用于水泥水化反應，由于料漿被密封，所以水分蒸發很少。料漿倒入盛料筒后，采用硬質柱狀棒將漿體內部空氣導出。根據盛料筒高度不同，膏體充填料表面距離盛料筒上端距離為1cm～5cm。

盛料筒密封蓋，主要用來密封膏體充填料，由于實際采場膏體料較多，大部分膏體料內水分不會被蒸發，密封蓋可以防止膏體料內部水分蒸發，使實驗結果更加接近實際采場情況。

固定圓柱筒，主要用來固定包裹盛料筒的隔熱材料。

盛料筒隔熱材料，主要防止膏體料水化反應產生的熱量過快的消散以及減緩外界溫度對膏體料養護過程中熱力場的影響，用于膏體充填料熱力場研究。該種材料可用膨脹泡沫、保溫棉等隔熱材料。

傳感器，主要用于對膏體充填料養護過程中膏體內部溫度、體積含水量、基質吸力、電導率等參數進行監測，用于研究膏體料養護過程中熱力學、水力學、化學反應等性能。傳感器可根據研究需求選擇不同類型和不同數量。由于當充填料高度較高時，不同高度位置的充填料性能不同，此時，需要在不同高度埋設多個傳感器對膏體料性能進行監測。

千分表，用于研究膏體料由于自重壓力和化學反應造成的沉降和收縮，可以反映膏體料的沉降和變形性能，可以歸類為膏體料的力學行為。

千分表固定支架，用于千分表的固定，確保千分表在測量過程中不會晃動。

千分表測量桿引導筒，由于千分表精度很高，并且當膏體料較少時，沉降量較小，此時需要將千分表測量桿包裹在一個硬質的圓柱形引導筒內部，減少測量誤差。該引導筒采用有機玻璃即可，直徑為5mm～10mm。