专利名称：一种冒矸注浆充填体工程力学特性的测试装置及测试方法
技术领域：
本发明涉及一种冒矸注浆充填体工程力学特性的测试装置及测试方法。
背景技术：
冒矸注浆充填体的类似结构抓堆石坝注浆体，在近几十年来在世界范围内得到飞 速的发展，在工程应用取得了宝贵的实践经验，使大粒径石料工程特性的试验研究受到了 重视。从仪器设备、尺寸效应、试验资料的整理分析、强度和变形特性，渗透及渗流稳定性各 个方面，进行了较为深入的研究，得到了许多既有理论意义又有实用价值的成果。但令人遗 憾的是这些研究多在公路、水利和建筑部门进行，在采矿领域很少有研究。冒矸注浆充填体 和堆石坝注浆体尽管有很多相似的地方，但二者在使用功能上仍有本质区别，堆石坝注浆 体的主要功能是筑坝拦水防渗。而冒矸注浆充填体的主要功能是阻止上覆岩层下沉和限制 煤岩柱变形，主要侧重于压缩变形和侧向变形的工程特性。而目前测试冒矸注浆充填体工 程力学特性的装置都是采用堆石坝注浆体的装置，如渗透仪、剪切仪等。很显然，针对冒矸 注浆充填体特点，进行其压缩变形和侧向变形的工程特性研究，开发相关测试装置，对于开 采沉陷控制意义重大，但迄今为止，尚未见相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冒矸注浆充填体工程力学特性的测试装置，该装置结 构简单、体积小、试验运行成本低，可以满足相关试验的形成和精度要求。本发明的技术方案在于一种冒矸注浆充填体工程力学特性的测试装置，包括一 容器，其特征在于所述容器底部或周侧设有排水口，容器上设有填充浆液输入管，所述填 充浆液输入管与浆液输出设备相连通。所述容器上设有压实盖板，所述压实盖板上设有浆液输入管安装通口。所述浆液输出设备上设有压力表及加压阀，所述填充浆液输入管上设有流量控制 阀。本发明的另一目的在于提供一种冒矸注浆充填体工程力学特性的测试方法，该方 法根据冒矸注浆充填体的力学原理和形成过程，可以在实验室配置与而冒矸注浆充填体相 似的试样，可有效研究冒矸注浆充填体的压缩变形和侧向变形特性，具有广泛的实用性。本发明的另一技术方案在于一种冒矸注浆充填体工程力学特性的测试方法，其 特征在于按以下步骤进行1)加工岩样，为研究不同强度的冒落矸石形成的注浆充填体在压实过程中的变形 特性，有选择地采集不同岩样，对岩样进行破碎，破碎岩样被筛分成各种粒级；2)制作冒矸堆体模型，根据堆石体的颗粒级配相似性原理，预先将加工好的破碎 岩样堆放在压测试装置中形成冒矸堆体；3)配制充填浆液，选用干粉煤灰、矸石粉和少量水泥配制填充浆液，将水泥、粉煤 灰、矸石粉按质量比1 2 3 6混合，将混合材料加水搅拌均勻配制而成质量浓度为50%浆液；4)制作冒矸注浆充填体试件，首先盖上压实盖板，并将手动低压注浆泵的浆液输 入管通过压实盖板导孔接入容器矸石堆体内；然后将配制好的浆液按设计的充填率t，用 低压注浆泵注入容器内的矸石堆体，利用低压和浆液优越的流动性能，使其非常好地填充 堆石体骨架中的空隙，多余的水从钢筒底部排泄孔渗出钢筒；最终，水泥、粉煤灰、矸石粉和 冒落矸石在容器内形成完整的冒落矸石充填体；其中<formula>formula see original document page 4</formula>式中mi，Hl2抓分别为注浆材料质量和矸石质量；P1, P2抓分别为注浆材料和矸石的密度；5)冒矸注浆充填体试样制好后，压实盖板进行均勻施压，并进行水平校正，调整试 样两端的传力板使其与试样紧密接触，轴向加载采用液压伺服控制，速度范围为0. 35-7mm/ min，在试样垂直压实位移变化小于0. 35mm/min时，可保持压力稳定，结束实验。本发明的优点在于1、采空区冒矸注浆充填开采就是用外部注浆充填料注入采矿 冒落的矸石，形成冒矸充填体；对于这样的充填体从现场取样试验非常困难，而且试样和现 场实际力学性质不符，本发明装置根据冒矸注浆充填体的力学原理和形成过程，可以在实 验室配置与冒矸注浆充填体相似的试样，从而解决了取样难题。2、将传统堆石坝注浆体的渗透仪和压缩性能测试装置组合成一个装置，该装置通 过与注浆泵系统相连制作出各种配比的冒落矸石注浆充填体试样，采用与压力试验机加载 装置下方的压缩装置和力传感器，压力试验机将杠杆系统传递的载荷施加到试样上，对处 于高低温环境的试样加载进行各种力学试验。该冒矸注浆充填体工程力学特征的测试装置 加载稳定，可以满足相关试验的行程和精度要求，一机多用，其结构简单、体积小、价格低； 精度高，维修方便，试验运行成本低，经济效益好，具有广泛的实用性。
图1为本发明的测试装置的结构示意图。
具体实施例方式一种冒矸注浆充填体工程力学特性的测试装置，包括一容器1，其特征在于所述 容器底部或周侧设有排水口 2，容器上设有填充浆液输入管3，所述填充浆液输入管与浆液 输出设备4相连通。所述容器上设有压实盖板5，所述压实盖板上设有浆液输入管安装通口 6。所述浆液输出设备上设有压力表7及加压阀8，所述填充浆液输入管上设有流量 控制阀9。一种冒矸注浆充填体工程力学特性的测试方法，其特征在于按以下步骤进行1)加工岩样，为研究不同强度的冒落矸石形成的注浆充填体在压实过程中的变形 特性，有选择地采集不同岩样，对岩样进行破碎，破碎岩样被筛分成各种粒级；2)制作冒矸堆体模型，根据堆石体的颗粒级配相似性原理，预先将加工好的破碎 岩样堆放在压测试装置中形成冒矸堆体；
3)配制充填浆液，选用干粉煤灰、矸石粉和少量水泥配制填充浆液，将水泥、粉煤 灰和矸石粉按质量比1 2 3 6混合，将混合材料加水搅拌均勻配制而成质量浓度为 50%浆液；4)制作冒矸注浆充填体试件，首先盖上压实盖板，并将手动低压注浆泵的浆液输入管通过压实盖板导孔接入容器矸石堆体内；然后将配制好的浆液按设计的充填率t，用 低压注浆泵注入容器内的矸石堆体，利用低压和浆液优越的流动性能，使其非常好地填充 堆石体骨架中的空隙，多余的水从钢筒底部排泄孔渗出钢筒；最终，水泥、粉煤灰、矸石粉和
冒落矸石在容器内形成完整的冒落矸石充填体；
<formula>formula see original document page 5</formula>其中-~
<formula>formula see original document page 5</formula>式中叫，m2抓分别为注浆材料质量和矸石质量；P1, P2抓分别为注浆材料和矸石的密度；5)冒矸注浆充填体试样制好后，压实盖板进行均勻施压，并进行水平校正，调整试 样两端的传力板使其与试样紧密接触，轴向加载采用液压伺服控制，速度范围为0. 35-7mm/ min，在试样垂直压实位移变化小于0. 35mm/min时，可保持压力稳定，结束实验。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
一种冒矸注浆充填体工程力学特性的测试装置，包括一容器，其特征在于所述容器底部或周侧设有排水口，容器上设有填充浆液输入管，所述填充浆液输入管与浆液输出设备相连通。
2.根据权利要求1所述的冒矸注浆充填体工程力学特性的测试装置，其特征在于所述容器上设有压实盖板，所述压实盖板上设有浆液输入管安装通口。
3.根据权利要求1所述的冒矸注浆充填体工程力学特性的测试装置，其特征在于所 述浆液输出设备上设有压力表及加压阀，所述填充浆液输入管上设有流量控制阀。
4.一种冒矸注浆充填体工程力学特性的测试方法，其特征在于按以下步骤进行1)加工岩样，为研究不同强度的冒落矸石形成的注浆充填体在压实过程中的变形特 性，有选择地采集不同岩样，对岩样进行破碎，破碎岩样被筛分成各种粒级；2)制作冒矸堆体模型，根据堆石体的颗粒级配相似性原理，预先将加工好的破碎岩样 堆放在压测试装置中形成冒矸堆体；3)配制充填浆液，选用干粉煤灰、矸石粉和少量水泥配制填充浆液，将水泥、粉煤灰和 矸石粉按质量比1 2 3飞混合，将混合材料加水搅拌均勻配制而成质量浓度为50%浆 液；4)制作冒矸注浆充填体试件，首先盖上压实盖板，并将手动低压注浆泵的浆液输入管 通过压实盖板导孔接入容器矸石堆体内；然后将配制好的浆液按设计的充填率t，用低压 注浆泵注入容器内的矸石堆体，利用低压和浆液优越的流动性能，使其非常好地填充堆石 体骨架中的空隙，多余的水从钢筒底部排泄孔渗出钢筒；最终，水泥、粉煤灰、矸石粉和冒落 矸石在容器内形成完整的冒落矸石充填体；廿似 mJ P\其中<formula>formula see original document page 2</formula>式中ml，m2抓分别为注浆材料质量和矸石质量；P 1，P 2抓分别为注浆材料和矸石的密度；5)冒矸注浆充填体试样制好后，压实盖板进行均勻施压，并进行水平校正，调整试样两 端的传力板使其与试样紧密接触，轴向加载采用液压伺服控制，速度范围为0. 35-7mm/min, 在试样垂直压实位移变化小于0. 35mm/min时，可保持压力稳定，结束实验。
全文摘要
本发明涉及一种冒矸注浆充填体工程力学特性的测试装置及测试方法，包括一容器，其特征在于所述容器底部或周侧设有排水口，容器上设有填充浆液输入管，所述填充浆液输入管与浆液输出设备相连通，使用该装置及测试方法进行冒矸注浆填充体工程力学特性的测试，可有效研究冒矸注浆充填体的压缩变形和侧向变形特性，装置结构简单，体积小，精度高，具有广泛的实用性。
文档编号G01N3/12GK101799386SQ20091031231
公开日2010年8月11日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者李兴尚, 杨胜景, 林荣平, 蒋龙 申请人:福州大学