專利名稱：一種冒矸注漿充填體工程力學(xué)特性的測試裝置及測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冒矸注漿充填體工程力學(xué)特性的測試裝置及測試方法。
背景技術(shù)：
冒矸注漿充填體的類似結(jié)構(gòu)抓堆石壩注漿體，在近幾十年來在世界范圍內(nèi)得到飛 速的發(fā)展，在工程應(yīng)用取得了寶貴的實踐經(jīng)驗，使大粒徑石料工程特性的試驗研究受到了 重視。從儀器設(shè)備、尺寸效應(yīng)、試驗資料的整理分析、強(qiáng)度和變形特性，滲透及滲流穩(wěn)定性各 個方面，進(jìn)行了較為深入的研究，得到了許多既有理論意義又有實用價值的成果。但令人遺 憾的是這些研究多在公路、水利和建筑部門進(jìn)行，在采礦領(lǐng)域很少有研究。冒矸注漿充填體 和堆石壩注漿體盡管有很多相似的地方，但二者在使用功能上仍有本質(zhì)區(qū)別，堆石壩注漿 體的主要功能是筑壩攔水防滲。而冒矸注漿充填體的主要功能是阻止上覆巖層下沉和限制 煤巖柱變形，主要側(cè)重于壓縮變形和側(cè)向變形的工程特性。而目前測試冒矸注漿充填體工 程力學(xué)特性的裝置都是采用堆石壩注漿體的裝置，如滲透儀、剪切儀等。很顯然，針對冒矸 注漿充填體特點，進(jìn)行其壓縮變形和側(cè)向變形的工程特性研究，開發(fā)相關(guān)測試裝置，對于開 采沉陷控制意義重大，但迄今為止，尚未見相關(guān)報道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種冒矸注漿充填體工程力學(xué)特性的測試裝置，該裝置結(jié) 構(gòu)簡單、體積小、試驗運行成本低，可以滿足相關(guān)試驗的形成和精度要求。本發(fā)明的技術(shù)方案在于一種冒矸注漿充填體工程力學(xué)特性的測試裝置，包括一 容器，其特征在于所述容器底部或周側(cè)設(shè)有排水口，容器上設(shè)有填充漿液輸入管，所述填 充漿液輸入管與漿液輸出設(shè)備相連通。所述容器上設(shè)有壓實蓋板，所述壓實蓋板上設(shè)有漿液輸入管安裝通口。所述漿液輸出設(shè)備上設(shè)有壓力表及加壓閥，所述填充漿液輸入管上設(shè)有流量控制 閥。本發(fā)明的另一目的在于提供一種冒矸注漿充填體工程力學(xué)特性的測試方法，該方 法根據(jù)冒矸注漿充填體的力學(xué)原理和形成過程，可以在實驗室配置與而冒矸注漿充填體相 似的試樣，可有效研究冒矸注漿充填體的壓縮變形和側(cè)向變形特性，具有廣泛的實用性。本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于一種冒矸注漿充填體工程力學(xué)特性的測試方法，其 特征在于按以下步驟進(jìn)行1)加工巖樣，為研究不同強(qiáng)度的冒落矸石形成的注漿充填體在壓實過程中的變形 特性，有選擇地采集不同巖樣，對巖樣進(jìn)行破碎，破碎巖樣被篩分成各種粒級；2)制作冒矸堆體模型，根據(jù)堆石體的顆粒級配相似性原理，預(yù)先將加工好的破碎 巖樣堆放在壓測試裝置中形成冒矸堆體；3)配制充填漿液，選用干粉煤灰、矸石粉和少量水泥配制填充漿液，將水泥、粉煤 灰、矸石粉按質(zhì)量比1 2 3 6混合，將混合材料加水?dāng)嚢杈鶆蚺渲贫少|(zhì)量濃度為50%漿液；4)制作冒矸注漿充填體試件，首先蓋上壓實蓋板，并將手動低壓注漿泵的漿液輸 入管通過壓實蓋板導(dǎo)孔接入容器矸石堆體內(nèi)；然后將配制好的漿液按設(shè)計的充填率t，用 低壓注漿泵注入容器內(nèi)的矸石堆體，利用低壓和漿液優(yōu)越的流動性能，使其非常好地填充 堆石體骨架中的空隙，多余的水從鋼筒底部排泄孔滲出鋼筒；最終，水泥、粉煤灰、矸石粉和 冒落矸石在容器內(nèi)形成完整的冒落矸石充填體；其中<formula>formula see original document page 4</formula>式中mi，Hl2抓分別為注漿材料質(zhì)量和矸石質(zhì)量；P1, P2抓分別為注漿材料和矸石的密度；5)冒矸注漿充填體試樣制好后，壓實蓋板進(jìn)行均勻施壓，并進(jìn)行水平校正，調(diào)整試 樣兩端的傳力板使其與試樣緊密接觸，軸向加載采用液壓伺服控制，速度范圍為0. 35-7mm/ min，在試樣垂直壓實位移變化小于0. 35mm/min時，可保持壓力穩(wěn)定，結(jié)束實驗。本發(fā)明的優(yōu)點在于1、采空區(qū)冒矸注漿充填開采就是用外部注漿充填料注入采礦 冒落的矸石，形成冒矸充填體；對于這樣的充填體從現(xiàn)場取樣試驗非常困難，而且試樣和現(xiàn) 場實際力學(xué)性質(zhì)不符，本發(fā)明裝置根據(jù)冒矸注漿充填體的力學(xué)原理和形成過程，可以在實 驗室配置與冒矸注漿充填體相似的試樣，從而解決了取樣難題。2、將傳統(tǒng)堆石壩注漿體的滲透儀和壓縮性能測試裝置組合成一個裝置，該裝置通 過與注漿泵系統(tǒng)相連制作出各種配比的冒落矸石注漿充填體試樣，采用與壓力試驗機(jī)加載 裝置下方的壓縮裝置和力傳感器，壓力試驗機(jī)將杠桿系統(tǒng)傳遞的載荷施加到試樣上，對處 于高低溫環(huán)境的試樣加載進(jìn)行各種力學(xué)試驗。該冒矸注漿充填體工程力學(xué)特征的測試裝置 加載穩(wěn)定，可以滿足相關(guān)試驗的行程和精度要求，一機(jī)多用，其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格低； 精度高，維修方便，試驗運行成本低，經(jīng)濟(jì)效益好，具有廣泛的實用性。
圖1為本發(fā)明的測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式一種冒矸注漿充填體工程力學(xué)特性的測試裝置，包括一容器1，其特征在于所述 容器底部或周側(cè)設(shè)有排水口 2，容器上設(shè)有填充漿液輸入管3，所述填充漿液輸入管與漿液 輸出設(shè)備4相連通。所述容器上設(shè)有壓實蓋板5，所述壓實蓋板上設(shè)有漿液輸入管安裝通口 6。所述漿液輸出設(shè)備上設(shè)有壓力表7及加壓閥8，所述填充漿液輸入管上設(shè)有流量 控制閥9。一種冒矸注漿充填體工程力學(xué)特性的測試方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行1)加工巖樣，為研究不同強(qiáng)度的冒落矸石形成的注漿充填體在壓實過程中的變形 特性，有選擇地采集不同巖樣，對巖樣進(jìn)行破碎，破碎巖樣被篩分成各種粒級；2)制作冒矸堆體模型，根據(jù)堆石體的顆粒級配相似性原理，預(yù)先將加工好的破碎 巖樣堆放在壓測試裝置中形成冒矸堆體；
3)配制充填漿液，選用干粉煤灰、矸石粉和少量水泥配制填充漿液，將水泥、粉煤 灰和矸石粉按質(zhì)量比1 2 3 6混合，將混合材料加水?dāng)嚢杈鶆蚺渲贫少|(zhì)量濃度為 50%漿液；4)制作冒矸注漿充填體試件，首先蓋上壓實蓋板，并將手動低壓注漿泵的漿液輸入管通過壓實蓋板導(dǎo)孔接入容器矸石堆體內(nèi)；然后將配制好的漿液按設(shè)計的充填率t，用 低壓注漿泵注入容器內(nèi)的矸石堆體，利用低壓和漿液優(yōu)越的流動性能，使其非常好地填充 堆石體骨架中的空隙，多余的水從鋼筒底部排泄孔滲出鋼筒；最終，水泥、粉煤灰、矸石粉和
冒落矸石在容器內(nèi)形成完整的冒落矸石充填體；
<formula>formula see original document page 5</formula>其中-~
<formula>formula see original document page 5</formula>式中叫，m2抓分別為注漿材料質(zhì)量和矸石質(zhì)量；P1, P2抓分別為注漿材料和矸石的密度；5)冒矸注漿充填體試樣制好后，壓實蓋板進(jìn)行均勻施壓，并進(jìn)行水平校正，調(diào)整試 樣兩端的傳力板使其與試樣緊密接觸，軸向加載采用液壓伺服控制，速度范圍為0. 35-7mm/ min，在試樣垂直壓實位移變化小于0. 35mm/min時，可保持壓力穩(wěn)定，結(jié)束實驗。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
一種冒矸注漿充填體工程力學(xué)特性的測試裝置，包括一容器，其特征在于所述容器底部或周側(cè)設(shè)有排水口，容器上設(shè)有填充漿液輸入管，所述填充漿液輸入管與漿液輸出設(shè)備相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冒矸注漿充填體工程力學(xué)特性的測試裝置，其特征在于所述容器上設(shè)有壓實蓋板，所述壓實蓋板上設(shè)有漿液輸入管安裝通口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冒矸注漿充填體工程力學(xué)特性的測試裝置，其特征在于所 述漿液輸出設(shè)備上設(shè)有壓力表及加壓閥，所述填充漿液輸入管上設(shè)有流量控制閥。
4.一種冒矸注漿充填體工程力學(xué)特性的測試方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行1)加工巖樣，為研究不同強(qiáng)度的冒落矸石形成的注漿充填體在壓實過程中的變形特 性，有選擇地采集不同巖樣，對巖樣進(jìn)行破碎，破碎巖樣被篩分成各種粒級；2)制作冒矸堆體模型，根據(jù)堆石體的顆粒級配相似性原理，預(yù)先將加工好的破碎巖樣 堆放在壓測試裝置中形成冒矸堆體；3)配制充填漿液，選用干粉煤灰、矸石粉和少量水泥配制填充漿液，將水泥、粉煤灰和 矸石粉按質(zhì)量比1 2 3飛混合，將混合材料加水?dāng)嚢杈鶆蚺渲贫少|(zhì)量濃度為50%漿 液；4)制作冒矸注漿充填體試件，首先蓋上壓實蓋板，并將手動低壓注漿泵的漿液輸入管 通過壓實蓋板導(dǎo)孔接入容器矸石堆體內(nèi)；然后將配制好的漿液按設(shè)計的充填率t，用低壓 注漿泵注入容器內(nèi)的矸石堆體，利用低壓和漿液優(yōu)越的流動性能，使其非常好地填充堆石 體骨架中的空隙，多余的水從鋼筒底部排泄孔滲出鋼筒；最終，水泥、粉煤灰、矸石粉和冒落 矸石在容器內(nèi)形成完整的冒落矸石充填體；廿似 mJ P\其中<formula>formula see original document page 2</formula>式中ml，m2抓分別為注漿材料質(zhì)量和矸石質(zhì)量；P 1，P 2抓分別為注漿材料和矸石的密度；5)冒矸注漿充填體試樣制好后，壓實蓋板進(jìn)行均勻施壓，并進(jìn)行水平校正，調(diào)整試樣兩 端的傳力板使其與試樣緊密接觸，軸向加載采用液壓伺服控制，速度范圍為0. 35-7mm/min, 在試樣垂直壓實位移變化小于0. 35mm/min時，可保持壓力穩(wěn)定，結(jié)束實驗。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種冒矸注漿充填體工程力學(xué)特性的測試裝置及測試方法，包括一容器，其特征在于所述容器底部或周側(cè)設(shè)有排水口，容器上設(shè)有填充漿液輸入管，所述填充漿液輸入管與漿液輸出設(shè)備相連通，使用該裝置及測試方法進(jìn)行冒矸注漿填充體工程力學(xué)特性的測試，可有效研究冒矸注漿充填體的壓縮變形和側(cè)向變形特性，裝置結(jié)構(gòu)簡單，體積小，精度高，具有廣泛的實用性。
文檔編號G01N3/12GK101799386SQ20091031231
公開日2010年8月11日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者李興尚, 楊勝景, 林榮平, 蔣龍 申請人:福州大學(xué)