[發明專利]一種測試充填膏體中骨料沉降的裝置和方法

在審

• 申請號: 201710174968.X
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN106872320A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 戚庭野;馮國瑞;李慶東;郭育霞;王澤華;杜獻杰;張聰俐;宋凱歌
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N15/04
• 分類號: G01N15/04
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司14101
• 代理人: 申艷玲

技術領域

本發明涉及一種測試充填膏體中骨料沉降的裝置和方法，屬于煤礦開采充填技術領域。

背景技術

膏體充填開采作為一種既能高效控制地面沉降，又能解決地面煤矸石和粉煤灰堆積污染難題，實現煤炭綠色開采的新技術，在“三下”開采中得到了廣泛應用。

膏體充填開采是指在地面把物料制作成“無臨界流速、不需脫水”的膏狀漿體，通過管道輸送至井下，適時充填采空區的采煤方法。充填膏體通過管道輸送到井下，因此充填膏體必須滿足可泵性要求：不離析、不泌水、不沉降。充填膏體的離析必然導致骨料沉降，骨料沉降又會導致堵管事故的發生，堵管不僅影響充填作業的正常進行，而且會污染井下環境。骨料沉降還會影響充填體的強度，削弱控制上覆巖層及地表移動變形的效果。因此，對于制備好的充填膏體，骨料不沉降是膏體的一個重要性能，測試骨料沉降對于生產實踐有重要意義。然而，目前還沒有方法能有效檢測充填膏體中的骨料沉降，研究一種高效的檢測方法與裝置變得尤為迫切。

發明內容

本發明旨在提供一種測試充填膏體中骨料沉降的裝置和方法，解決了充填膏體中骨料沉降的測定問題。

本發明提供了一種測試充填膏體中骨料沉降的裝置，包括測試桶、磁性物濃度測試裝置、試塊澆筑模具；

所述測試桶為圓柱體結構，采用分離式桶蓋；桶身分為內外兩層，內層沿母線上下均勻繞有三組線圈，每組線圈包含一個勵磁線圈與一個測磁線圈；測試桶由非導磁性材料構成。

測試桶內放置待測充填膏體的試件；

所述磁性物濃度測試裝置包括電流轉換器、信號放大器、單片機、PC計算機、恒流源、電源。電流轉換器的入口端連接測磁線圈，出口端連接信號放大器，信號放大器的出口端連接單片機，單片機與PC計算機相連。電流轉換器將測磁線圈產生的感應電動勢轉換為直流電流，信號放大器對電流信號進行放大和低通濾波，為單片機提供不同放大倍數的靜態電平，單片機中的ADC模塊將信號放大器提供的模擬信號轉換為數字信號并進行數據處理，單片機根據數字信號得出被測試件對應高度處的磁性物濃度，PC計算機將不同高度的磁性物濃度繪制成圖形。恒流源向勵磁線圈提供穩定的交流電流。恒流源、電流轉換器、信號放大器、單片機、PC計算機連接電源。

上述裝置中，所述磁性物濃度測試裝置內部的電流轉換器、信號放大器、單片機、PC計算機、恒流源、電源已經連接好并集成到一個設備箱內，使用時先將磁性物濃度測試裝置與測試桶連接，然后再接通電源。

上述裝置中，所述單片機型號為C8051F060 ，信號放大器為GA204、PGA205 兩級程控儀，用放大器級聯，級聯后的程控放大電路的可編程增益組合為 1，2，4，8，10，20，40，80，100，200，400，800，1000，2000，4000，8000，能夠滿足數據采集的要求。

上述裝置中，所述測試桶為圓柱筒結構，其內徑為230mm，外徑為270mm；所述試塊澆筑模具的規格為：底面邊長150mm，高為300mm。

本發明提供了一種測試充填膏體中骨料沉降的方法，采用上述測試裝置，需向充填膏體中添加磁鐵礦砂，所選磁鐵礦砂中大于1.7mm 粒級含量應當高于85%。

本發明提供了一種檢測充填膏體中骨料沉降的方法，包括以下步驟：

（1）用所述試塊澆筑模具澆筑待測充填膏體的試件；

（2）連接磁性物濃度測試裝置與測試桶。將測試桶的測磁線圈連接到電流轉換器的入口端，勵磁線圈與恒流源連接。

（3）將制備好的充填膏體試件放到測試桶內。

（4）打開電源開關，啟動PC計算機，觀察比較充填膏體試件上、中、下不同位置處的磁鐵礦砂濃度，判斷充填膏體中骨料是否發生沉降。

上述方法中，所述充填膏體試件通過試塊澆筑模具澆筑成型；試件的成分為充填膏體與磁鐵礦砂的混合物，其中磁鐵礦砂的添加量為10kg/m³。

所述試塊澆筑模具為長方體結構，長方體的底面為正方形，高為長方體的最長邊。

本發明的原理：如果新拌和的充填膏體內，骨料不發生沉降即骨料在膏體內分布均勻，則凝結后的膏體試件內上中下不同位置處的磁鐵礦砂濃度應當一致。反之，如果骨料發生沉降，則下部測得的磁鐵礦砂濃度應明顯高于上部。所以通過測量充填膏體試件上中下處的磁鐵礦砂濃度可以判斷充填膏體中骨料是否發生沉降。

本發明的有益效果：

（1）本發明所述方法通過測量磁鐵礦砂濃度來判斷充填膏體中是否發生骨料沉降，方法簡單易實現，所得結果精確可靠；