自重载荷下注浆充填材料的模板侧压力测试装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于矿井膨胀充填施工技术领域，具体涉及一种自重载荷下注浆充填材料的模板侧压力测试装置及方法。
【背景技术】
[0002]煤矿井下巷道密闭空间膨胀充填逐渐成为煤矿井下防灭火漏风控制的最佳方式，与传统的发泡材料浇筑、黄泥灌浆相比，自重载荷下膨胀充填材料对模板产生了更大的侧向压力，从而导致了一系列的问题，如胀模、爆模以及结构变形等。近年来密闭充填注浆的应用实例逐渐增多，而水泥发泡材料的流动性能更好，这使得新浇水泥浆液对模板的侧向压力的影响更为显著。目前，对模板侧向压力的试验或现场试验大多在木模板上按实际的结构尺寸进行测量，而对于较高的充填注浆部位，施工时往往采用分层浇筑，这样很难客观的反映出最大的侧向压力值。另外，进行实际尺寸的侧向压力测量代价比较大，往往有些测量设备在测试结束时留在充填体中很难取出，造成了很大的资源和材料浪费。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、实现方便且成本低、使用操作方便、使用安全可靠、且能够循环重复利用、实用性强的自重载荷下注浆充填材料的模板侧压力测试装置。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种自重载荷下注浆充填材料的模板侧压力测试装置，其特征在于:包括由钢化玻璃制成的试验箱、侧向压力数据采集系统和试验箱变形测量支架，所述试验箱为侧壁密封、上下开口的立方体结构，所述试验箱的下开口处密封连接有下盖板；所述侧向压力数据采集系统包括多个均匀安装在试验箱侧壁上且伸入试验箱内部的压力传感器和与多个压力传感器的输出端均连接的压力巡检仪，以及用于为多个压力传感器和压力巡检仪供电的供电电源，所述压力传感器伸入试验箱内部部分的表面与试验箱的内壁表面相平齐；所述试验箱变形测量支架包括第一固定支架和第二固定支架，所述第一固定支架上固定连接有第一连接环，所述第二固定支架上固定连接有第二连接环，所述第一连接环与第二连接环位于同一高度处，所述第一连接环的最低点和第二连接环的最低点均高于试验箱的高度，所述第一连接环与第二连接环之间连接有水平钢丝绳，所述水平钢丝绳上连接有铅垂线，所述铅垂线底部连接有质量块。
[0005]上述的自重载荷下注浆充填材料的模板侧压力测试装置，其特征在于:制成试验箱的钢化玻璃的数量为四块，四块所述钢化玻璃的厚度均为6mm?10mm，相邻的两块钢化玻璃通过卡夹固定连接，相邻的两块钢化玻璃的接缝通过玻璃胶密封。
[0006]上述的自重载荷下注浆充填材料的模板侧压力测试装置，其特征在于:所述下盖板通过螺栓与试验箱固定连接，所述下盖板与试验箱的接缝通过玻璃胶密封。
[0007]上述的自重载荷下注浆充填材料的模板侧压力测试装置，其特征在于:所述下盖板的厚度为5mm?20mmo
[0008]上述的自重载荷下注浆充填材料的模板侧压力测试装置，其特征在于:所述第一连接环的最低点和第二连接环的最低点均比试验箱的高度高3cm?10cm。
[0009]上述的自重载荷下注浆充填材料的模板侧压力测试装置，其特征在于:所述第一连接环和第二连接环均为直径为Icm?3cm的铁制圆环。
[0010]上述的自重载荷下注浆充填材料的模板侧压力测试装置，其特征在于:所述压力传感器的数量为六个，六个所述压力传感器均为平模压力传感器。
[0011]本发明还提供了一种方法步骤简单、实现方便的自重载荷下注浆充填材料的模板侧压力测试方法，其特征在于该方法包括以下步骤:
[0012]步骤一、采用注浆设备向试验箱内灌注膨胀发泡材料，直至灌注的膨胀发泡材料高度与试验箱的上边缘平齐；
[0013]步骤二、在步骤一的过程中，所述压力巡检仪每隔时间1\采集并记录多个压力传感器检测到的压力数据；
[0014]步骤三、灌注完成后，所述压力巡检仪每隔时间！^采集并记录多个压力传感器检测到的压力数据，直至所述压力巡检仪采集到的多个压力传感器的压力数据均与上一次采集到的压力数据相比变化量小于0.0lPa?0.1Pa为止。
[0015]上述的方法，其特征在于:步骤三之后，静置灌注到试验箱内的膨胀发泡材料0.5h?2h，然后采用试验箱变形测量支架测量试验箱的横向变形量和纵向变形量，具体的过程为:
[0016]步骤401、将第一固定支架和第二固定支架分别放置在试验箱的两侧，并调节水平钢丝绳与第一连接环和第二连接环的连接位置，使水平钢丝绳与试验箱的水平边缘相平齐，并使铅垂线与水平钢丝绳的连接点紧贴试验箱；
[0017]步骤402、调节铅垂线在水平钢丝绳上的连接位置，使铅垂线紧贴试验箱的外侧壁最凸点；
[0018]步骤403、测量铅垂线在水平钢丝绳上的平移距离，即测量得到了试验箱的横向变形量;
[0019]步骤404、调节水平钢丝绳与第一连接环和第二连接环的连接位置，使水平钢丝绳紧贴固化后膨胀发泡材料的最高点；
[0020]步骤405、测量水平钢丝绳在第一连接环或第二连接环上的上下平移高度，即测量得到了试验箱的纵向变形量。
[0021]上述的方法，其特征在于:步骤一中采用注浆设备向试验箱内灌注膨胀发泡材料时，注浆设备的注浆管道出口对准试验箱与安装压力传感器相对的一面，所述膨胀发泡材料的流速为lm/s ;步骤二中！\的取值为lmin，步骤三中1~2的取值为3min。
[0022]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0023]1、本发明自重载荷下注浆充填材料的模板侧压力测试装置的结构简单，设计合理，实现方便且成本低。
[0024]2、本发明自重载荷下注浆充填材料的模板侧压力测试装置使用时，无需加载装置，当注入充填材料后在上层充填材料重力及自身重力作用下对试验壁面产生侧向压力，用来模拟发泡材料膨胀后对于密闭空间模板的破坏性，使用操作方便。
[0025]3、本发明通过模拟试验箱注满膨胀发泡材料后不同时刻膨胀发泡材料对壁面的侧向压力以及膨胀发泡材料固化后试验的变形，能够得到注浆充填材料对井下密闭空间模板的破坏性，能够经济、高效率的测量出不同配比的注浆充填材料以及不同的部位高度对模板侧向压力的影响。
[0026]4、本发明自重载荷下注浆充填材料的模板侧压力测试装置的使用安全可靠，且能够循环重复利用，经济环保。
[0027]5、本发明自重载荷下注浆充填材料的模板侧压力测试方法的方法步骤简单，实现方便。
[0028]6、本发明的实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0029]综上所述，本发明设计合理，实现方便且成本低，使用操作方便，使用安全可靠，且能够循环重复利用，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0030]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0031]图1为本发明自重载荷下注浆充填材料的模板侧压力测试装置的结构示意图。
[0032]附图标记说明:
[0033]I一试验箱；2—下盖板；3—压力传感器；
[0034]4—压力巡检仪；5—供电电源；6—第一固定支架；
[0035]7—第二固定支架；8—第一连接环；9 一第二连接环；
[0036]10—水平钢丝绳；11一铅垂线；12—质量块。
【具体实施方式】
[0037]如图1所示，本发明的自重载荷下注浆充填材料的模板侧压力测试装置，包括由钢化玻璃制成的试验箱1、侧向压力数据采集系统和试验箱变形测量支架，所述试验箱I为侧壁密封、上下开口的立方体结构，所述试验箱I的下开口处密封连接有下盖板2 ;所述侧向压力数据采集系统包括多个均匀安装在试验箱I侧壁上且伸入试验箱I内部的压力传感器3和与多个压力传感器3的输出端均连接的压力巡检仪4，以及用于为多个压力传感器3和压力巡检仪4供电的供电电源5，所述压力传感器3伸入试验箱I内部部分的表面与试验箱I的内壁表面相平齐，能够使压力传感器3与膨胀发泡材料良好接触；所述试验箱变形测量支架包括第一固定支架6和第二固定支架7，所述第一固定支架6上固定连接有第一连接环8，所述第二固定支架7上固定连接有第二连接环9，所述第一连接环8与第二连接环9位于同一高度处，所述第一连接环8的最低点和第二连接环9的最低点均高于试验箱I的高度，所述第一连接环8与第二连接环9之间连接有水平钢丝绳10，所述水平钢丝绳10上连接有铅垂线11，所述铅垂线11底部连接有质量块12。
[0038]如图1所示，本实施例中，制成试验箱I的钢化玻璃的数量为四块，四块所述钢化玻璃的厚度均为6_?10_，相邻的两块钢化玻璃通过卡夹固定连接，相邻的两块钢化玻璃的接缝通过玻璃胶密封。具体实施时，其中两块钢化玻璃的长度和宽度均为lm，另两块钢化玻璃的长度均为lm，宽度均为0.983m，四块所述钢化玻璃的厚度均优选为8mm。
[0039]本实施例中，所述下盖板2通过螺栓与试验箱I固定连接，所述下盖板2与试验箱I的接缝通过玻璃胶密封。所述下盖板2的厚度为5_?20_。具体实施时，所述下盖板2的长度和宽度均为1.4m，所述下盖板2的厚度优选为10mm。
[0040]如图1所示，本实施例中，所述第一连接环8的最低点和第二连接环9的最低点均比试验箱I的高度高3cm?10cm。优选地，所述第一连接环8的最低点和第二连接环9的最低点均比试验箱I的高度高5cm。所述第一连接环8和第二连接环9均为直径为Icm?3cm的铁制圆环。优选地，所述第一连接环8和第二连接环9的直径均为2cm。