[實用新型]用于研究充填體熱-流-力耦合行為的試驗裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420503693.1
• 申請日: 2014-09-02
• 公開（公告）號: CN204065058U
• 公開（公告）日: 2014-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳迪;郭利杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 北京凱特來知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;趙鎮(zhèn)勇

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種礦山地下采空區(qū)充填體性能的試驗裝置，尤其涉及一種用于研究充填體熱-流-力耦合行為的試驗裝置。

背景技術(shù)

礦山地下開采不僅產(chǎn)生了大量的固體廢棄物(例如尾礦和煤矸石)，同時還產(chǎn)生了大量的地下采空區(qū)。這些固體廢棄物的地表堆存不僅會環(huán)境污染，而且還有可能成為安全隱患(例如尾礦庫的潰壩和矸石山的自燃)。而地下采空區(qū)的存在不僅關(guān)系到礦工的作業(yè)安全，還會導(dǎo)致地表的沉陷。然而，將這些固體廢棄物制成充填體填充入地下采空區(qū)可以有效地解決上述諸多問題。這種充填體主要由固體廢棄物、水泥與水混合制成(必要的情況下會摻入礦物添加劑，如高爐礦渣和粉煤灰等)，它是一種內(nèi)部充滿孔隙結(jié)構(gòu)的多孔介質(zhì)。

水泥與水相遇發(fā)生水化反應(yīng)，生成水化產(chǎn)物(C-S-H膠凝和AFt晶體等)，這些水化產(chǎn)物將沉淀并積聚在充填體內(nèi)部的孔隙中，從而通過改變充填體內(nèi)孔隙自由水的滲流行為而影響孔隙水壓力分布。與此同時，水化反應(yīng)還釋放出一定的熱量，從而促進(jìn)充填體自身溫度的發(fā)展。而充填體自身及外界環(huán)境溫度的變化不僅會通過改變填體內(nèi)水的密度和粘度而影響其滲流行為，還會引起充填體結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)變。此外，填充入地下采礦區(qū)的充填體還會受到其上覆巖層的壓力。

綜上所述可知，充填體將表現(xiàn)出熱(溫度變化)-流(孔隙水的滲流和孔隙水壓力分布)-力(熱應(yīng)力和上覆壓力)耦合作用行為。充填體的關(guān)鍵作用在于支撐上覆巖層，同時還不能對地下環(huán)境造成污染(例如從充填體中滲流出來的含有害物質(zhì)的水會污染地下水)。這就要求充填體具有較強的力學(xué)穩(wěn)定性和較弱的水力滲透性，而這些特性主要取決于充填體的熱-流-力耦合作用行為。

目前，還沒有一種用于研究充填體熱-流-力耦合行為的試驗裝置。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是提供一種能夠同時監(jiān)測充填體的溫度變化、孔隙水壓力變化、滲流量變化以及應(yīng)變數(shù)據(jù)的用于研究充填體熱-流-力耦合行為的試驗裝置。

本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本實用新型的用于研究充填體熱-流-力耦合行為的試驗裝置，包括試驗裝置容器，所述試驗裝置容器的底部設(shè)有容器底板，頂部裝有能上下移動的容器頂蓋，內(nèi)部裝有填充體；

所述試驗裝置容器內(nèi)設(shè)有溫度傳感器和孔隙水壓力傳感器，所述試驗裝置的容器側(cè)壁裝有應(yīng)變傳感器，所述溫度傳感器、孔隙水壓力傳感器和應(yīng)變傳感器通過導(dǎo)線與無紙記錄儀相連接。

所述容器底板上鉆鑿若干個小孔，并在所述容器底板上鋪一層滲透膜，所述容器底板的下部設(shè)有漏斗，所述漏斗的下部設(shè)有帶刻度滲水收集瓶；

所述容器頂蓋的上部設(shè)有砝碼組合。

由上述本實用新型提供的技術(shù)方案可以看出，本實用新型實施例提供的用于研究充填體熱-流-力耦合行為的試驗裝置，能夠同時監(jiān)測充填體的溫度變化、孔隙水壓力變化、滲流量變化以及應(yīng)變數(shù)據(jù)。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例提供的用于研究充填體熱-流-力耦合行為的試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1—(不同重量的)砝碼組合；2—能上下移動的容器頂蓋；3—充填體；4—試驗裝置容器；5—溫度傳感器；6—孔隙水壓力傳感器；7—容器底板；8—漏斗；9—帶刻度滲水收集瓶；10—應(yīng)變傳感器；11—開孔；12—容器側(cè)壁；13—無紙記錄儀。

具體實施方式

下面將對本實用新型實施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

本實用新型的用于研究充填體熱-流-力耦合行為的試驗裝置，其較佳的具體實施方式是：

包括試驗裝置容器，所述試驗裝置容器的底部設(shè)有容器底板，頂部裝有能上下移動的容器頂蓋，內(nèi)部裝有填充體；

所述試驗裝置容器內(nèi)設(shè)有溫度傳感器和孔隙水壓力傳感器，所述試驗裝置的容器側(cè)壁裝有應(yīng)變傳感器，所述溫度傳感器、孔隙水壓力傳感器和應(yīng)變傳感器通過導(dǎo)線與無紙記錄儀相連接。

所述容器底板上鉆鑿若干個小孔，并在所述容器底板上鋪一層滲透膜，所述容器底板的下部設(shè)有漏斗，所述漏斗的下部設(shè)有帶刻度滲水收集瓶；

所述容器頂蓋的上部設(shè)有砝碼組合。

所述小孔的直徑為0.9至1.1mm。

所述容器頂蓋的內(nèi)壁與所述填充體之間墊一層海綿，所述海綿的面積與所述充填體的截面面積相同。

所述砝碼組合包括若干個不同重量的砝碼。

所述試驗裝置容器為長方體。

所述無紙記錄儀與電腦相連。