一种充填膏体中骨料沉降的测试装置及方法与流程

本发明涉及一种充填膏体中骨料沉降的测试装置及方法，属于煤矿开采膏体充填技术领域。

背景技术：

膏体充填开采可以解决我国煤矿对水资源、土地、建筑物等造成破坏的一种方法，相对于传统的垮落式开采，可以防止采空区塌陷，保护环境；有利于提高开采的安全性；能有效解放“三下”的残存的煤柱，提高资源的利用率，延长了矿井的服务年限；有效利用废弃的矸石等，进行废弃物的综合利用。

膏体充填是指把物料制作成“无临界流速、不需脱水”的膏状浆体，通过泵压和重力作用，经过管道输送带矿井下，适时充填采空区的方法。

充填膏体是由不同粒径骨料混合而成的充填体，因此需要满足在泵送管道中保持初始状态的均匀性，不会出现沉降、分层、离析等现象。膏体充填料中骨料的离析必然导致沉降,在输送过程中，料浆发生沉降会造成管道堵塞。堵管不仅影响充填作业的正常进行，给整个充填系统造成重大经济损失。骨料的沉降使得充填膏体的强度有所减小，有可能达不到预期的控制效果。所以，通过实验测试充填膏体骨料沉降的程度，防止出现分层影响充填效果成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种充填膏体中骨料沉降的测试装置及方法，为解决充填膏体中骨料沉降检测提供了帮助。

本发明提供了一种充填膏体中骨料沉降的测试装置，包括试件筒、极化率测试装置；

所述试件筒为带有底板的有机玻璃圆筒，试件筒内设有充填膏体试件，试件筒的前后两侧标有刻度线，左右两侧对称设有凹槽；

所述极化率测试装置设置在试件筒外侧；

所述极化率测试装置包括电源、电极、导线、单片机、信号放大器、信号转换器、pc计算机；电极分为供电电极和测量电极，一个供电电极和一个测量电极连接起来作为一组电极，供电电极和对应的测量电极分别固定在试件筒两侧的凹槽内，在供电电极的上部端头连接的导线与电源连接，供电电极和测量电极的中部通过铜导线连接，测量电极上部端头通过导线与信号放大器连接，信号放大器连接信号转换器，信号转换器通过导线与单片机连接，信号转换器把电极测量的极化率信号转换为电信号传送给单片机；单片机与pc计算机连接。

上述装置中，所述凹槽分别设置在试件筒内壁的左右两侧；左右对称的凹槽内分别设置一组电极，每组电极由一个供电电极和一个测量电极组成，供电电极与测量电极之间互不影响，电极底部与试件筒底部接触。

进一步地，所述供电电极和测量电极之间通过导线连接，电极与凹槽不直接接触，电极与凹槽之间设有硬海绵，所述硬海绵是经cuso4溶液浸泡的硬海绵。选用的硬海绵是为了防止膏体发生泌水进入电极处影响测试结果。

上述装置中，所述单片机选用msc-51系列中的8031单片机，信号放大器选用isoema-p-o系列，信号转换器选用模数转换器。所述信号转换器是把测量电极测量的极化率信号转换为电信号传送给单片机。

本发明提供了一种充填膏体中骨料沉降的测试方法，通过测量试件在测试过程中，不同位置的极化率的变化情况来判断充填膏体在凝固过程中骨料是否发生沉降，不同位置离子不同，极化率就会不同；其具体按下列步骤进行：

（1）将电极固定在试件筒的凹槽内：两组电极分别固定在两个凹槽内，并将cuso4溶液浸泡过的硬海绵卡在电极和凹槽之间；

（2）连接极化率测试装置：在供电电极的上部端头连接导线，导线与圆筒外的电源连接，供电电极和测量电极的中部通过导线连接，测量电极上部端头通过导线与信号放大器连接，信号放大器通过导线与信号转换器连接，信号转换器通过导线与单片机连接，单片机通过导线与pc计算机连接，组成极化率测试装置；

（3）把制备好的充填膏体试件放在试件筒内；

（4）开始进行监测，观察试件不同高度处的极化率和位移变形，判断骨料是否发生沉降。

上述方法中，所述充填膏体试件为圆柱体或长方体结构。

本发明的原理：初凝固后的充填膏体试件孔隙结构多，不同物料之间密集程度是影响充填膏体极化率大小的主要因素。孔隙越多，溶液越容易在充填膏体内部传输，极化率数值越低。如果新拌和的膏体内，骨料不发生沉降即骨料在充填膏体内均匀分布，凝固后的充填膏体在上、下位置处测的极化率数值应该一致，如果骨料发生沉降，下部测得的极化率数值明显低于上部测得的极化率数值，通过凝固后充填膏体不同位置极化率数值的测量，判断充填膏体是否沉降。

本发明的有益效果：

本发明通过测量不同部位的极化率的变化情况来判断充填膏体中骨料的沉降，测量结果便于观测；设备操作方便；测试所需时间短；测试效率高，节约劳动力；根据极化率测试结果，能快速判断骨料是否沉降，并对充填膏体的原料种类和含量进行调整，该方法和装置适用于实验室和工业现场对充填膏体性能的测试。

附图说明

图1为本发明测试装置的总体结构示意图；

图2为玻璃圆筒内侧凹槽处剖面图；

图中：图中：1为试件筒，2为凹槽，3为硬海绵，4为供电电极，5为测量电极，6为导线，7为信号放大器，8为信号转换器，9为单片机，10为pc计算机，11为电源。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例：

如图1~2所示，一种充填膏体中骨料沉降的测试装置，包括试件筒1、极化率测试装置；试件筒1沿竖直方向左右对称设有两个凹槽2，凹槽设在试件筒的内侧，极化率测试装置包括硬海绵3、供电电极4、测量电极5、导线6、信号放大器7、信号转换器8、单片机9、pc计算机10、电源11，供电电极4和测量电极5焊接在试件筒的凹槽2内，供电电极4通过顶端导线与电源连接，供电电极4中部与测量电极5连接，测量电极顶端接有导线与信号放大器7连接，信号放大器7与信号转换器8连接，信号转换器8与单片机9连接，单片机9连接pc计算机10，所有用电器均与电源11连接。

所述凹槽分别设置在试件筒内壁的左右两侧；左右对称的凹槽内分别设置一组电极，每组电极由一个供电电极和一个测量电极组成，供电电极与测量电极之间互不影响，电极底部与试件筒底部接触。所述供电电极和测量电极之间通过导线连接，电极与凹槽不直接接触，电极与凹槽之间设有硬海绵，所述硬海绵是经cuso4溶液浸泡的硬海绵。选用的硬海绵是为了防止膏体发生泌水进入电极处影响测试结果；所述硬海绵不会影响极化率的测试。

所述单片机选用msc-51系列中的8031单片机，信号放大器选用isoema-p-o系列，信号转换器选用模数转换器。

进一步说明利用上述装置进行测试的方法，包括如下步骤：

1、试件筒1规格为；底面直径400mm高400mm，试件筒壁厚度为5mm。试件筒1左右侧对称位置布置有凹槽2。凹槽2宽度为40mm。

2、将供电电极和测量电极固定在凹槽2内，并将cuso4溶液浸泡过的硬海绵卡在电极和凹槽之间；

3、连接极化率测试装置：在供电电极的上部端头连接导线，导线与圆筒外的电源连接，供电电极和测量电极的中部通过导线连接，测量电极上部端头通过导线与信号放大器连接，信号放大器通过导线与信号转换器连接，信号转换器通过导线与单片机连接，单片机通过导线与pc计算机连接，组成极化率测试装置；

4、将刚凝固好脱模的长200mm、直径100mm的充填膏体试件放入试件筒内；

试件模具是带有底座的一个圆柱形筒，圆筒是由两个半圆环通过螺栓拧在一起的，脱模的时候拧开螺栓就可以把试件拿出来。

5、接通电源，开启每一个设备，观察比较充填膏体试件沿竖直方向上极化率的变化情况，确定骨料是否发生沉降；

6、测试完成后关闭电脑和电源，取出充填膏体试件。