[發明專利]一種礦山充填材料壓縮特性實驗裝置及其實驗方法

有效

• 申請號: 201710656508.0
• 申請日: 2017-08-03
• 公開（公告）號: CN107389449B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 吳浩;趙國彥;陳英;代俊成;梁偉章;張海云
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/02;G01N3/06
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 鄒劍峰

1.一種礦山充填材料壓縮特性實驗方法，其特征在于：采用的實驗裝置置于壓力機上，所述實驗裝置包括盛裝充填材料的空腔，所述空腔的底端設置泌水結構，另一端由腔體內滑動的活塞密封，其中，所述空腔的底端置于壓力機的下承壓板上，所述活塞連接承壓柱并通過承壓柱與壓力機的上承壓板接觸；

所述空腔由頂蓋、底蓋和帶底盤鋼筒構成，所述頂蓋和底蓋分別同軸固定在帶底盤鋼筒的兩端，其中頂蓋的中心設有用于承壓柱通過的導向孔，所述底蓋與帶底盤鋼筒的底盤固定重疊，所述帶底盤鋼筒的內筒形成盛裝充填材料的空腔，所述底蓋上設置的若干泌水孔以及所述底蓋和帶底盤鋼筒的底盤之間設置的土工布形成泌水結構；

所述空腔的外壁在不同軸向位置貼設有若干環向應變片，所述環向應變片與靜態應變儀連接，所述壓力機的上承壓板和下承壓板之間還設有位移傳感器，所述靜態應變儀和位移傳感器分別與壓力機測量系統連接的計算機通過信號連接；

具體包括以下步驟：

步驟1：先將底蓋放置在平地上，在底蓋上鋪設土工布，帶底盤鋼筒放置在底蓋土工布上，讓鋼筒底盤上的通孔與底蓋上的螺孔一一對應，用螺桿將底蓋和帶底盤鋼筒用螺母固定起來；

步驟2：在帶底盤鋼筒的內壁涂抹潤滑油脂，然后將事先稱重好的充填材料均勻裝入鋼筒，裝填到實驗高度后將步驟1組裝的裝置放在混凝土振動臺上輕微振搗，保證充填材料裝填密實；

步驟3：將安裝有O型密封圈的活塞放入帶底盤鋼筒內與充填材料緊密接觸，然后將承壓柱放入活塞上部圓形凹槽內，蓋上頂蓋，擰緊螺桿上的螺母將實驗裝置固定；

步驟4：將固定好的實驗裝置放在巖石力學試驗機的上、下承壓板之間，在上、下承壓板之間安裝LVDT位移傳感器；

步驟5：在帶底盤鋼筒外壁對應充填材料裝填高度的1/4、1/2和3/4位置處對稱貼設環向應變片，并將環向應變片與靜態應變儀連接；

步驟6：調試巖石力學試驗機測量系統、位移傳感器和靜態應變儀，設置加載參數和目標條件；

步驟7：開始實驗，保證巖石力學試驗機測量系統、位移傳感器和靜態應變儀同步開啟，達到目標條件后停止實驗，采用計算機記錄和保存實驗數據；

步驟8：拆除實驗裝置，清理壓實后的充填材料，整理實驗數據并進行壓縮特性分析，并通過如下兩個公式計算帶底盤鋼筒內壁所受的側限壓力：

式中，q₁為帶底盤鋼筒內壁所受的側限壓力；σ_φ為帶底盤鋼筒內壁所受的環向應力；a為帶底盤鋼筒內壁半徑；b為帶底盤鋼筒外壁半徑；ε_φ為帶底盤鋼筒外壁所受的環向應變，μ為帶底盤鋼筒筒壁泊松比，E為帶底盤鋼筒筒壁彈性模量；

根據帶底盤鋼筒外壁不同位置粘貼的環向應變片測得相應的環向應變，利用式(2)可求出環向應力σ_φ，再帶入式(1)即可求得圓筒內壁所受的側限壓力q₁，再根據摩擦系數可求出壓縮過程中筒壁所受的摩擦力，進而分析壓縮特性與側限摩擦力之間的關系。

2.根據權利要求1所述的一種礦山充填材料壓縮特性實驗方法，其特征在于：若充填材料為含膠結料的充填材料，還要將裝有充填材料的實驗裝置放入恒溫恒濕養護箱按照井下氣候環境進行養護。