本發(fā)明涉及一種充填膏體中骨料沉降的測試裝置及方法，屬于煤礦開采膏體充填技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

膏體充填開采可以解決我國煤礦對水資源、土地、建筑物等造成破壞的一種方法，相對于傳統(tǒng)的垮落式開采，可以防止采空區(qū)塌陷，保護(hù)環(huán)境；有利于提高開采的安全性；能有效解放“三下”的殘存的煤柱，提高資源的利用率，延長了礦井的服務(wù)年限；有效利用廢棄的矸石等，進(jìn)行廢棄物的綜合利用。

膏體充填是指把物料制作成“無臨界流速、不需脫水”的膏狀漿體，通過泵壓和重力作用，經(jīng)過管道輸送帶礦井下，適時充填采空區(qū)的方法。

充填膏體是由不同粒徑骨料混合而成的充填體，因此需要滿足在泵送管道中保持初始狀態(tài)的均勻性，不會出現(xiàn)沉降、分層、離析等現(xiàn)象。膏體充填料中骨料的離析必然導(dǎo)致沉降,在輸送過程中，料漿發(fā)生沉降會造成管道堵塞。堵管不僅影響充填作業(yè)的正常進(jìn)行，給整個充填系統(tǒng)造成重大經(jīng)濟(jì)損失。骨料的沉降使得充填膏體的強(qiáng)度有所減小，有可能達(dá)不到預(yù)期的控制效果。所以，通過實(shí)驗(yàn)測試充填膏體骨料沉降的程度，防止出現(xiàn)分層影響充填效果成為亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種充填膏體中骨料沉降的測試裝置及方法，為解決充填膏體中骨料沉降檢測提供了幫助。

本發(fā)明提供了一種充填膏體中骨料沉降的測試裝置，包括試件筒、極化率測試裝置；

所述試件筒為帶有底板的有機(jī)玻璃圓筒，試件筒內(nèi)設(shè)有充填膏體試件，試件筒的前后兩側(cè)標(biāo)有刻度線，左右兩側(cè)對稱設(shè)有凹槽；

所述極化率測試裝置設(shè)置在試件筒外側(cè)；

所述極化率測試裝置包括電源、電極、導(dǎo)線、單片機(jī)、信號放大器、信號轉(zhuǎn)換器、pc計(jì)算機(jī)；電極分為供電電極和測量電極，一個供電電極和一個測量電極連接起來作為一組電極，供電電極和對應(yīng)的測量電極分別固定在試件筒兩側(cè)的凹槽內(nèi)，在供電電極的上部端頭連接的導(dǎo)線與電源連接，供電電極和測量電極的中部通過銅導(dǎo)線連接，測量電極上部端頭通過導(dǎo)線與信號放大器連接，信號放大器連接信號轉(zhuǎn)換器，信號轉(zhuǎn)換器通過導(dǎo)線與單片機(jī)連接，信號轉(zhuǎn)換器把電極測量的極化率信號轉(zhuǎn)換為電信號傳送給單片機(jī)；單片機(jī)與pc計(jì)算機(jī)連接。

上述裝置中，所述凹槽分別設(shè)置在試件筒內(nèi)壁的左右兩側(cè)；左右對稱的凹槽內(nèi)分別設(shè)置一組電極，每組電極由一個供電電極和一個測量電極組成，供電電極與測量電極之間互不影響，電極底部與試件筒底部接觸。

進(jìn)一步地，所述供電電極和測量電極之間通過導(dǎo)線連接，電極與凹槽不直接接觸，電極與凹槽之間設(shè)有硬海綿，所述硬海綿是經(jīng)cuso4溶液浸泡的硬海綿。選用的硬海綿是為了防止膏體發(fā)生泌水進(jìn)入電極處影響測試結(jié)果。

上述裝置中，所述單片機(jī)選用msc-51系列中的8031單片機(jī)，信號放大器選用isoema-p-o系列，信號轉(zhuǎn)換器選用模數(shù)轉(zhuǎn)換器。所述信號轉(zhuǎn)換器是把測量電極測量的極化率信號轉(zhuǎn)換為電信號傳送給單片機(jī)。

本發(fā)明提供了一種充填膏體中骨料沉降的測試方法，通過測量試件在測試過程中，不同位置的極化率的變化情況來判斷充填膏體在凝固過程中骨料是否發(fā)生沉降，不同位置離子不同，極化率就會不同；其具體按下列步驟進(jìn)行：

（1）將電極固定在試件筒的凹槽內(nèi)：兩組電極分別固定在兩個凹槽內(nèi)，并將cuso4溶液浸泡過的硬海綿卡在電極和凹槽之間；

（2）連接極化率測試裝置：在供電電極的上部端頭連接導(dǎo)線，導(dǎo)線與圓筒外的電源連接，供電電極和測量電極的中部通過導(dǎo)線連接，測量電極上部端頭通過導(dǎo)線與信號放大器連接，信號放大器通過導(dǎo)線與信號轉(zhuǎn)換器連接，信號轉(zhuǎn)換器通過導(dǎo)線與單片機(jī)連接，單片機(jī)通過導(dǎo)線與pc計(jì)算機(jī)連接，組成極化率測試裝置；

（3）把制備好的充填膏體試件放在試件筒內(nèi)；

（4）開始進(jìn)行監(jiān)測，觀察試件不同高度處的極化率和位移變形，判斷骨料是否發(fā)生沉降。

上述方法中，所述充填膏體試件為圓柱體或長方體結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的原理：初凝固后的充填膏體試件孔隙結(jié)構(gòu)多，不同物料之間密集程度是影響充填膏體極化率大小的主要因素?？紫对蕉?，溶液越容易在充填膏體內(nèi)部傳輸，極化率數(shù)值越低。如果新拌和的膏體內(nèi)，骨料不發(fā)生沉降即骨料在充填膏體內(nèi)均勻分布，凝固后的充填膏體在上、下位置處測的極化率數(shù)值應(yīng)該一致，如果骨料發(fā)生沉降，下部測得的極化率數(shù)值明顯低于上部測得的極化率數(shù)值，通過凝固后充填膏體不同位置極化率數(shù)值的測量，判斷充填膏體是否沉降。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明通過測量不同部位的極化率的變化情況來判斷充填膏體中骨料的沉降，測量結(jié)果便于觀測；設(shè)備操作方便；測試所需時間短；測試效率高，節(jié)約勞動力；根據(jù)極化率測試結(jié)果，能快速判斷骨料是否沉降，并對充填膏體的原料種類和含量進(jìn)行調(diào)整，該方法和裝置適用于實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)現(xiàn)場對充填膏體性能的測試。

附圖說明

圖1為本發(fā)明測試裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為玻璃圓筒內(nèi)側(cè)凹槽處剖面圖；

圖中：圖中：1為試件筒，2為凹槽，3為硬海綿，4為供電電極，5為測量電極，6為導(dǎo)線，7為信號放大器，8為信號轉(zhuǎn)換器，9為單片機(jī)，10為pc計(jì)算機(jī)，11為電源。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例：

如圖1~2所示，一種充填膏體中骨料沉降的測試裝置，包括試件筒1、極化率測試裝置；試件筒1沿豎直方向左右對稱設(shè)有兩個凹槽2，凹槽設(shè)在試件筒的內(nèi)側(cè)，極化率測試裝置包括硬海綿3、供電電極4、測量電極5、導(dǎo)線6、信號放大器7、信號轉(zhuǎn)換器8、單片機(jī)9、pc計(jì)算機(jī)10、電源11，供電電極4和測量電極5焊接在試件筒的凹槽2內(nèi)，供電電極4通過頂端導(dǎo)線與電源連接，供電電極4中部與測量電極5連接，測量電極頂端接有導(dǎo)線與信號放大器7連接，信號放大器7與信號轉(zhuǎn)換器8連接，信號轉(zhuǎn)換器8與單片機(jī)9連接，單片機(jī)9連接pc計(jì)算機(jī)10，所有用電器均與電源11連接。

所述凹槽分別設(shè)置在試件筒內(nèi)壁的左右兩側(cè)；左右對稱的凹槽內(nèi)分別設(shè)置一組電極，每組電極由一個供電電極和一個測量電極組成，供電電極與測量電極之間互不影響，電極底部與試件筒底部接觸。所述供電電極和測量電極之間通過導(dǎo)線連接，電極與凹槽不直接接觸，電極與凹槽之間設(shè)有硬海綿，所述硬海綿是經(jīng)cuso4溶液浸泡的硬海綿。選用的硬海綿是為了防止膏體發(fā)生泌水進(jìn)入電極處影響測試結(jié)果；所述硬海綿不會影響極化率的測試。

所述單片機(jī)選用msc-51系列中的8031單片機(jī)，信號放大器選用isoema-p-o系列，信號轉(zhuǎn)換器選用模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

進(jìn)一步說明利用上述裝置進(jìn)行測試的方法，包括如下步驟：

1、試件筒1規(guī)格為；底面直徑400mm高400mm，試件筒壁厚度為5mm。試件筒1左右側(cè)對稱位置布置有凹槽2。凹槽2寬度為40mm。

2、將供電電極和測量電極固定在凹槽2內(nèi)，并將cuso4溶液浸泡過的硬海綿卡在電極和凹槽之間；

3、連接極化率測試裝置：在供電電極的上部端頭連接導(dǎo)線，導(dǎo)線與圓筒外的電源連接，供電電極和測量電極的中部通過導(dǎo)線連接，測量電極上部端頭通過導(dǎo)線與信號放大器連接，信號放大器通過導(dǎo)線與信號轉(zhuǎn)換器連接，信號轉(zhuǎn)換器通過導(dǎo)線與單片機(jī)連接，單片機(jī)通過導(dǎo)線與pc計(jì)算機(jī)連接，組成極化率測試裝置；

4、將剛凝固好脫模的長200mm、直徑100mm的充填膏體試件放入試件筒內(nèi)；

試件模具是帶有底座的一個圓柱形筒，圓筒是由兩個半圓環(huán)通過螺栓擰在一起的，脫模的時候擰開螺栓就可以把試件拿出來。

5、接通電源，開啟每一個設(shè)備，觀察比較充填膏體試件沿豎直方向上極化率的變化情況，確定骨料是否發(fā)生沉降；

6、測試完成后關(guān)閉電腦和電源，取出充填膏體試件。