[發明專利]一種用于持續加載膏體充填體的試驗裝置

在審

• 申請號: 201710039134.8
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN106840875A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 尹升華;張浩強;吳愛祥;陳勛;邵亞建
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 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

本發明涉及礦山膏體充填開采技術領域，特別是指一種用于持續加載膏體充填體的試驗裝置。

背景技術

礦山膏體充填材料是多種散體材料(膠結材料、尾砂、粉煤灰、添加劑等)與水復合而成的牙膏狀、無泌水的柱塞狀結構流體。其性質穩定，可通過管道長距離運輸至井下采空區，并能形成一定的強度有效地支撐圍巖，從而控制地表沉陷。膏體材料是整個膏體充填采礦技術的核心，研究材料各項性質的影響因素對膏體技術的推動和發展起著至關重要的作用。

膏體在進入采空區到膏體完全凝結一般情況下需要大約一個月的時間，期間采空區上覆巖層的運動對充填體的穩定性有著重要影響。有些采空區的頂板穩定性較好，在膏體初期水化反應時，不會對充填體產生壓力作用，后期會持續對充填體施加載荷；而有些采空區的頂板不穩定，還未等到充填體達到最終的支撐上覆巖層的強度時，就會對充填體施加持續載荷，從而使得充填體的性質不按照水化正常方向發展，甚至產生開裂、破損等損傷行為，對充填體的最終強度形成起到抑制作用。

許多科研工作者和現場生產人員對充填體材料配比及強度性能等做了一定的研究工作，并且取得了較好的科研成果。但是從查閱的文獻和資料可知，現在的充填體設計僅僅根據其需要的支撐強度來反推膏體材料的配比設計。充填體在水化凝結期間所承受的載荷并沒有考慮到設計過程中。并且，針對上述現象，并沒有相關的試驗裝備來研究分析此類現象。

綜上，在實驗室中研究充填體在持續加載時的性能規律顯得尤為重要。本發明旨在提出一種用于持續加載膏體充填體的試驗裝置，為提高膏體充填設計的精準化提供技術依據。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種用于持續加載膏體充填體的試驗裝置。

該裝置包括彈簧、螺桿、鋼墊板、螺栓、鋼板一、鋼板二和充填體，其中，彈簧兩端分別與鋼板一和鋼墊板相連；螺桿自下而上連接鋼板二、鋼墊板和螺栓；螺桿從鋼板一中穿過；鋼板一和鋼板二之間填充充填體，鋼板一和鋼板二之間的空間大小可以按照充填體的實際尺寸來進行調節。螺栓與螺桿、鋼墊板相連，從而對彈簧施加變形。

其中，彈簧為一種高精度彈簧，其變形量與所產生的載荷是精確對應的，按照充填體各齡期強度的發展規律，彈性系數保持在50-100N/mm，彈力加載范圍為0～5000kN。

鋼板一兩側有螺桿通孔，通孔的直徑大于螺桿直徑，保證螺桿與鋼板一無接觸，從而避免產生摩擦力。

鋼板二兩側預留有螺桿固定孔，螺桿固定孔并不穿透鋼板二，螺桿固定孔中有與螺桿相匹配的螺紋，從而使螺桿與鋼板二結合為一體，保證裝置的穩定。

鋼板一和鋼板二正反面均標有間隔為50mm的刻度線，從而方便測得充填體試件的尺寸大小，并且保證充填體中心與鋼板一和鋼板二中心相對應；鋼板一和鋼板二的尺寸為1600mm×700mm×20mm。

螺栓是與螺桿相配套的零件，作用主要是通過旋轉加載用來壓縮彈簧，從而對充填體施加載荷。

采用上述裝置進行持續加載膏體充填體的試驗操作的具體方法為：

(1)依據充填體性能的試驗設計，對膏體材料進行配比設計，并按照設計在設定好的環境條件下養護一定的時間。

(2)將兩支螺桿與下面的鋼板二進行相連，并固定在水平面上。

(3)將設定好一定齡期的充填體試件放在鋼板二上，然后將另一塊鋼板一放入螺桿之間，并且壓在充填體試件表面，須保證充填體的中心與鋼板中心相對應。

(4)將兩個彈簧套入螺桿中，然后將鋼墊板套入螺桿中，壓在彈簧表面。

(5)根據實驗所設定的施加載荷，結合鋼板重力、彈簧重力和彈簧的彈力系數將螺栓固定在一定位置，從而對充填體持續地施加載荷，對充填體進行觀測。

(6)按照實驗設計，待加載一定時間后，取出充填體試件，對其進行進一步的試驗。

本發明的上述技術方案的有益效果如下：

本發明能夠對充填體持續進行加載，研究充填體在一定時間的持續載荷下的性能發展規律，為膏體性能的分析提供精確依據。主要有以下幾個優點：第一，試驗裝置能根據充填體的試件尺寸來進行調節，適應性較強；第二，借助彈簧的力學性質，能夠精確地對充填體施加載荷；第三，整個試驗過程無需借助電力、微機等系統，試驗可以持續任意一段時間，過程安全、高效、環保。

同時該系統具有操作簡單、制作成本低、便攜性、靈活性等特點，可為以后膏體的室內設計提供試驗依據，在某些頂板情況已知條件下可以有效模擬現場充填體的性能發展規律，從而推動膏體充填技術的發展，具有很強的理論和實用價值。

附圖說明