一种测试充填膏体中骨料沉降的装置和方法与流程

本发明涉及一种测试充填膏体中骨料沉降的装置和方法，属于煤矿开采充填技术领域。

背景技术：

膏体充填开采作为一种既能高效控制地面沉降，又能解决地面煤矸石和粉煤灰堆积污染难题，实现煤炭绿色开采的新技术，在“三下”开采中得到了广泛应用。

膏体充填开采是指在地面把物料制作成“无临界流速、不需脱水”的膏状浆体，通过管道输送至井下，适时充填采空区的采煤方法。充填膏体通过管道输送到井下，因此充填膏体必须满足可泵性要求：不离析、不泌水、不沉降。充填膏体的离析必然导致骨料沉降，骨料沉降又会导致堵管事故的发生，堵管不仅影响充填作业的正常进行，而且会污染井下环境。骨料沉降还会影响充填体的强度，削弱控制上覆岩层及地表移动变形的效果。因此，对于制备好的充填膏体，骨料不沉降是膏体的一个重要性能，测试骨料沉降对于生产实践有重要意义。然而，目前还没有方法能有效检测充填膏体中的骨料沉降，研究一种高效的检测方法与装置变得尤为迫切。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种测试充填膏体中骨料沉降的装置和方法，解决了充填膏体中骨料沉降的测定问题。

本发明提供了一种测试充填膏体中骨料沉降的装置，包括测试桶、磁性物浓度测试装置、试块浇筑模具；

所述测试桶为圆柱体结构，采用分离式桶盖；桶身分为内外两层，内层沿母线上下均匀绕有三组线圈，每组线圈包含一个励磁线圈与一个测磁线圈；测试桶由非导磁性材料构成。

测试桶内放置待测充填膏体的试件；

所述磁性物浓度测试装置包括电流转换器、信号放大器、单片机、PC计算机、恒流源、电源。电流转换器的入口端连接测磁线圈，出口端连接信号放大器，信号放大器的出口端连接单片机，单片机与PC计算机相连。电流转换器将测磁线圈产生的感应电动势转换为直流电流，信号放大器对电流信号进行放大和低通滤波，为单片机提供不同放大倍数的静态电平，单片机中的ADC模块将信号放大器提供的模拟信号转换为数字信号并进行数据处理，单片机根据数字信号得出被测试件对应高度处的磁性物浓度，PC计算机将不同高度的磁性物浓度绘制成图形。恒流源向励磁线圈提供稳定的交流电流。恒流源、电流转换器、信号放大器、单片机、PC计算机连接电源。

上述装置中，所述磁性物浓度测试装置内部的电流转换器、信号放大器、单片机、PC计算机、恒流源、电源已经连接好并集成到一个设备箱内，使用时先将磁性物浓度测试装置与测试桶连接，然后再接通电源。

上述装置中，所述单片机型号为C8051F060 ，信号放大器为GA204、PGA205 两级程控仪，用放大器级联，级联后的程控放大电路的可编程增益组合为 1，2，4，8，10，20，40，80，100，200，400，800，1000，2000，4000，8000，能够满足数据采集的要求。

上述装置中，所述测试桶为圆柱筒结构，其内径为230mm，外径为270mm；所述试块浇筑模具的规格为：底面边长150mm，高为300mm。

本发明提供了一种测试充填膏体中骨料沉降的方法，采用上述测试装置，需向充填膏体中添加磁铁矿砂，所选磁铁矿砂中大于1.7mm 粒级含量应当高于85%。

本发明提供了一种检测充填膏体中骨料沉降的方法，包括以下步骤：

（1）用所述试块浇筑模具浇筑待测充填膏体的试件；

（2）连接磁性物浓度测试装置与测试桶。将测试桶的测磁线圈连接到电流转换器的入口端，励磁线圈与恒流源连接。

（3）将制备好的充填膏体试件放到测试桶内。

（4）打开电源开关，启动PC计算机，观察比较充填膏体试件上、中、下不同位置处的磁铁矿砂浓度，判断充填膏体中骨料是否发生沉降。

上述方法中，所述充填膏体试件通过试块浇筑模具浇筑成型；试件的成分为充填膏体与磁铁矿砂的混合物，其中磁铁矿砂的添加量为10kg/m³。

所述试块浇筑模具为长方体结构，长方体的底面为正方形，高为长方体的最长边。

本发明的原理：如果新拌和的充填膏体内，骨料不发生沉降即骨料在膏体内分布均匀，则凝结后的膏体试件内上中下不同位置处的磁铁矿砂浓度应当一致。反之，如果骨料发生沉降，则下部测得的磁铁矿砂浓度应明显高于上部。所以通过测量充填膏体试件上中下处的磁铁矿砂浓度可以判断充填膏体中骨料是否发生沉降。

本发明的有益效果：

（1）本发明所述方法通过测量磁铁矿砂浓度来判断充填膏体中是否发生骨料沉降，方法简单易实现，所得结果精确可靠；

（2）本发明所述方法测试时间短，通过所测磁铁矿砂浓度即可判断充填膏体中骨料是否发生沉降，进而快速指导生产实践。

（3）本发明所述装置操作简单，只需一人便可以完成全部测试，效率高；

（4）本发明所述装置操作方便，只需一次性连接测试桶与磁性物浓度测试装置，便可以测试多组试件。

附图说明

图1为本发明测试装置总体结构示意图；

图2为本发明测试桶沿图1中A-A线的剖面图；

图3为本发明试块浇筑模具的轴测图；

图中：1为测试桶，2为磁性物浓度测试装置，3为励磁线圈，4为测磁线圈，5为电流转换器，6为信号放大器，7为单片机，8为PC计算机，9恒流源，10为电源，11为试块浇筑模具。

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1~3所示，一种测试充填膏体中骨料沉降的装置，包括测试桶1、磁性物浓度测试装置2；测试筒的筒身分为内外两层，内层由有机塑料制成，沿母线上下均匀绕有三组线圈，每组线圈包含一个励磁线圈3与一个测磁线圈4，外层为一层薄铝板，用来削弱地磁场的影响；整个测试桶均由非导磁性材料构成。磁性物浓度测试装置2包括电流转换器5、信号放大器6、单片机7、PC计算机8、恒流源9、电源10。电流转换器5的入口端连接测磁线圈4，出口端连接信号放大器6，信号放大器的出口端连接单片机7，单片机7与PC计算机8相连。电流转换器5将测磁线圈4产生的感应电动势转换为直流电流，信号放大器6对电流信号进行放大和低通滤波，为单片机7提供不同放大倍数的静态电平，单片机7中的ADC模块将信号放大器提供的模拟信号转换为数字信号并进行数据处理，单片机7根据信号得出被测试件对应高度处的磁铁矿砂浓度，PC计算机8将不同高度的磁铁矿砂浓度绘制成图形。恒流源9向励磁线圈3提供稳定的交流电流。恒流源9、电流转换器5、信号放大器6、单片机7、PC计算机8连接电源10。

上述装置中，选用的单片机型号为C8051F060 ，信号放大器为GA204、PGA205 两级程控仪，用放大器级联，级联后的程控放大电路的可编程增益组合为 1，2，4，8，10，20，40，80，100，200，400，800，1000，2000，4000，8000，能够满足数据采集的要求。

所述测试桶1的内径为230mm，外径为270mm，见图2所示。

测试桶内放置待测充填膏体的试件；充填膏体试件通过试块浇筑模具浇筑成型；试件的成分为充填膏体与磁铁矿砂的混合物，其中磁铁矿砂的添加量为10kg/m³膏体。

所述试块浇筑模具11的规格为：底面边长150mm，高为300mm，见图3所示。

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.用所述试块浇筑模具11浇筑待测充填膏体试件。

2.连接磁性物浓度测试装置2与测试桶1。将测试桶1的测磁线圈4连接到电流转换器5的入口端，励磁线圈3与恒流源9连接。

3.将已凝固脱膜的充填膏体试件放到测试桶1内。

4.打开电源开关，启动PC计算机8，观察比较充填膏体试件上、中、下不同位置处的磁铁矿砂浓度，判断充填膏体中骨料是否发生沉降。

5.测试完毕后关闭电脑和电源，取出测试的充填膏体试件。

6.重复三、四、五步，可一次性测试多组试件。