一种基于电测法探测采空区固体充填密实度检测装置及检测方法与流程

本发明涉及一种基于电测法探测采空区固体充填密实度检测装置及检测方法，尤其适用于综合机械化固体充填开采技术中使用。

背景技术：

固体充填采煤就是在工作面采煤后，将废弃物通过特定的运输设备运至采空区，将采空区充满，从而达到支撑顶板、控制覆岩移动和变形的目的。不但很好地解决了“三下”压煤(指的是铁路、水体和建筑物下压煤)的问题，也解决了矿山固体废弃物的处理问题，已成为实现煤矿绿色开采的一项关键技术。密实度是固体充填采煤岩层移动控制的核心影响因素，在工程实践中，密实度最重要的技术指标被用来评价充实效果。利用电法探测固体充填采煤充实率，补充了探测密实度的方法，丰富了充填开采的理论及其技术体系。

技术实现要素：

技术问题：针对上述技术问题，提供一种使用放标，可靠性高，检测效果好的基于电测法探测采空区固体充填密实度检测装置及检测方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明的基于电测法探测采空区固体充填密实度的检测装置，包括压力系统、压实套筒、电法探测仪和电极配套装置；

其中压力系统为电液伺服岩石力学检测系统；

所述压实套筒包括塑料套筒，塑料套筒底部和有底座，塑料套筒与底座之间通过错位扣接，塑料套筒外侧设有钢套，塑料套筒内部设有与塑料套筒内壁滑动配合的活塞，便于活塞在塑料套筒内上下活动，活塞上与试样接触面上设有绝缘垫，活塞上设有与压力系统相连接的传力杆，塑料套筒和钢套上设有多个相互匹配的电极孔；

所述电极配套装置包括多个探测电极和设置在探测电极尾端的探测线，探测电极和探测线与电极孔数量匹配，每个电极孔中均设置有一个探测电极，探测电极尾端的探测线均与电法探测仪的输入端相连接。

所述钢套套在塑料套筒外侧，钢套筒壁上钻有螺丝孔，利用螺丝将钢套与塑料套筒固定。

所述多个电极孔分四列在塑料套筒和钢套上的四个方向排布，每列共有8个电极孔，电极孔间的距离根据塑料套筒内部高度平均分布：电极孔尺寸与探测电极的尺寸大小匹配，探测电极排好顺序插入电极孔内，电极孔内端与塑料套筒筒壁齐平，防止检测过程中对探测电极造成损坏。

所述的活塞与塑料套筒滑动配合的间隙为1～2mm。

一种电测法探测采空区固体充填密实度的检测方法，其步骤如下：

a.在固体充填矿井进行现场矸石取样，取样后对取样矸石进行密封处理以保证取样矸石的完整；

b.利用破碎装置对取样矸石进行破碎，取样矸石破碎后粒径范围为0-50mm，通过分级筛对破碎后的取样矸石进行分级，将粉碎后的取样矸石按照：0-5mm、5-10mm、10-15mm、15-20mm、20-25mm、25-30mm、30-40mm和40-50mm分成八个粒径级；

c.根据塑料套筒容积以及取样矸石的密度计算物料所需质量，将分级矸石按自然配比的方式，通过筛选不同粒径所占比例，再根据筒内所能填充的质量以相同配比的不同粒径矸石填充配制成固体充填物料试样，将试样混合均匀放入塑料套筒中，捋平固体充填物料试样的上方表面；

d.在绝缘垫置于固体充填物料试样上方，并在绝缘垫上设置活塞，并在活塞上方安装传力杆和压力系统；

e.在塑料套筒的电极孔中安装探测电极并将探测电极的尾部通过探测线与电法探测仪的输入端相连接；

f.开启电法探测仪通过探测电极对固体充填物料试样的电阻进行检测采样，同时设定压力系统最大轴向压应力为20mpa，按照1kn/s速度加载轴向压力，利用探测电极和电法探测仪记录塑料套筒中检测固体充填物料的电阻率数据ρ，同时记载不同电阻率数据ρ对应的压力系统显示的压缩高度h；

g.利用压力系统和传力杆通过活塞向塑料套筒中检测固体充填物料施压，根据塑料套筒形状以及体积可知随着压力增大，检测固体充填物料的密实度k变化值可以用压缩高度h代表；检测固体充填物料的密实度k为充填材料在压实过程中受外力作用而被压实的程度通过公式：k＝hsy/hs获得，式中，hsy为检测固体充填物料压实后的高度，hs为检测固体充填物料原松散状态下的高度；

h.将检测得到电阻率ρ与压缩高度h数据对应起来，绘制成ρ-h曲线，得到固体充填材料不同密实度k和电阻率ρ的关系。

有益效果：利用充填材料的密实度作为判断充填效果的重要参数，准确探测压实后采空区的密实度对固体充填采煤有着不可缺少的作用。本装置对进行固体充填采煤的矿井进行现场取样，将取样得到的矸石配制成固体充填物料，对固体充填物料进行压实特性测试，从而确定固体充填采煤的密实度。而在压实实验中，通过相应的电阻率测量仪器可以得到压实过程中的电阻率数据，从而可以使密实度与电阻率对应起来，并利用电阻率去判断充填效果。其方法简单，使用效果好，操作方便。

本发明通过测试固体充填物料在压实试验各个阶段中的电阻率测量，得到不同固体充填物料密实度下的电阻率，建立固体充填材料电阻率对充填效果有效评价的指标，快速测试套筒内固体充填物料压实过程的密实度与电阻率的关系，丰富了充填开采的理论及其技术体系，促进了与环境相协调的绿色开采的快速，全面发展，为矿山采空区固体充填密实度分析提供科学依据。

附图说明

图1是本发明的电法探测固体充填采煤密实度检测装置结构示意图。

图2是本发明的压实筒电工作状态俯式结构示意图。

图中：1-压力系统，2-压实套筒，3-电法探测仪，4-探测电极，5-探测线，6-塑料套筒，7-钢套，8-底座，9-绝缘垫，10-活塞，11-传力杆，12-电极孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述：

如图1和图2所示，本发明的基于电测法探测采空区固体充填密实度的检测装置，其特征在于：它包括压力系统1、压实套筒2、电法探测仪3和电极配套装置；

其中压力系统1为电液伺服岩石力学检测系统；

所述压实套筒2包括塑料套筒6，塑料套筒6底部和有底座8，塑料套筒6与底座8之间通过错位扣接，塑料套筒6外侧设有钢套7，所述钢套7套在塑料套筒6外侧，钢套7筒壁上钻有螺丝孔，利用螺丝将钢套7与塑料套筒6固定，塑料套筒6内部设有与塑料套筒6内壁滑动配合的活塞10，便于活塞10在塑料套筒6内上下活动，活塞10上与试样接触面上设有绝缘垫9，活塞10上设有与压力系统1相连接的传力杆11，塑料套筒6和钢套7上设有多个相互匹配的电极孔12；所述多个相互匹配的电极孔12分四列在塑料套筒6和钢套7上的四个方向排布，每列共有8个电极孔12，电极孔12间的距离根据塑料套筒6内部高度平均分布：电极孔12尺寸与探测电极4的尺寸大小匹配，探测电极4排好顺序插入电极孔12内，电极孔12内端与塑料套筒6筒壁齐平，防止检测过程中对探测电极4造成损坏，所述的活塞10与塑料套筒6滑动配合的间隙为1～2mm；

所述电极配套装置包括多个探测电极4和设置在探测电极4尾端的探测线5，探测电极4和探测线5与电极孔12数量匹配，每个电极孔12中均设置有一个探测电极4，探测电极4尾端的探测线5均与电法探测仪3的输入端相连接。

5.一种基于电测法探测采空区固体充填密实度的检测方法，其步骤如下：

a.在固体充填矿井进行现场矸石取样，取样后对取样矸石进行密封处理以保证取样矸石的完整；

b.利用破碎装置对取样矸石进行破碎，取样矸石破碎后粒径范围为0-50mm，通过分级筛对破碎后的取样矸石进行分级，将粉碎后的取样矸石按照：0-5mm、5-10mm、10-15mm、15-20mm、20-25mm、25-30mm、30-40mm和40-50mm分成八个粒径级；

c.根据塑料套筒容积以及取样矸石的密度计算物料所需质量，将分级矸石按自然配比的方式，通过筛选不同粒径所占比例，再根据筒内所能填充的质量以相同配比的不同粒径矸石填充配制成固体充填物料试样，将试样混合均匀放入塑料套筒6中，捋平固体充填物料试样的上方表面；

d.在绝缘垫9置于固体充填物料试样上方，并在绝缘垫9上设置活塞10，并在活塞10上方安装传力杆11和压力系统1；

e.在塑料套筒6的电极孔12中安装探测电极4并将探测电极4的尾部通过探测线5与电法探测仪3的输入端相连接；

f.开启电法探测仪3通过探测电极4对固体充填物料试样的电阻进行检测采样，同时设定压力系统1最大轴向压应力为20mpa，按照1kn/s速度加载轴向压力，利用探测电极4和电法探测仪3记录塑料套筒6中检测固体充填物料的电阻率数据ρ，同时记载不同电阻率数据ρ对应的压力系统1显示的压缩高度h；

g.利用压力系统1和传力杆11通过活塞10向塑料套筒6中检测固体充填物料施压，根据塑料套筒6形状以及体积可知随着压力增大，检测固体充填物料的密实度k变化值可以用压缩高度h代表；检测固体充填物料的密实度k为充填材料在压实过程中受外力作用而被压实的程度通过公式：k＝hsy/hs获得，式中，hsy为检测固体充填物料压实后的高度，hs为检测固体充填物料原松散状态下的高度；

h.将检测得到电阻率ρ与压缩高度h数据对应起来，绘制成ρ-h曲线，得到固体充填材料不同密实度k和电阻率ρ的关系。

本发明涉及一种通过电法探测固体充填采煤密实度检测装置及检测方法，利用固体充填材料的电阻率性能为主线，得到利用电阻率法去判断充填效果的一种检测方法。该方法用到的测试系统包括压力系统1、压实套筒2、电法探测仪3、以及电极探测装置(探测电极4和探测线5)四个部分组成。试验第一步制备压实筒电极配套装置，该装置由塑料套筒6、钢套7、底座8、绝缘垫9、活塞10、传力杆11，电极孔12和电极配套装置(探测线4与探测电极5)组成。塑料套筒6与底座8通过错位扣接，方便拆卸；钢套7套在塑料套筒6外侧，通过在钢套7筒壁上钻取两个螺丝孔，利用螺丝将钢套7与塑料套筒6固定，滑动配合之间的间隙为1～2mm，活塞10可于塑料套筒6之内上下滑动；将现场取样的矸石破碎分级，根据塑料套筒容积以及取样矸石的密度计算物料所需质量，将分级矸石按自然配比配制成固体充填物料试样；把需要测试的试样置于塑料套筒6之内，捋平表面；将绝缘垫9与活塞10置于物料之上，并安装探测电极4与电阻测量仪3，所述的探测电极4的布置形式与连接形式是根据选用的电法探测仪3，在塑料套筒6四侧各钻取一排均匀分布的电极孔12，一排的数量为8个，电极孔12的尺寸与探测电极4的尺寸大小匹配；探测电极4排好顺序插入电极孔12内，电极孔12内端不宜超过筒壁过多，一面在压实过程对探测电极4造成损坏；电极孔12外端通过探测线5与电法探测仪3连接。接下来开启电法探测仪同时利用压力系统1对充填物料进行压实试验，记录塑料套筒中检测固体充填物料的电阻率数据ρ以及对应的压力系统所测得的压缩高度h；将检测得到电阻率ρ与压缩高度h数据对应起来，绘制成ρ-h曲线，得到固体充填材料不同密实度k和电阻率ρ的关系；固体充填采煤充填体的密实程度能很好的反应充填效果，根据密实度k的定义为充填材料在压实过程中受外力作用而被压实的程度，它用压实后的体积vsy与原松散状态下的总体积vs之比来表示。由塑料套筒形状以及体积的计算公式可知，随着压力增大，密实度k变化值可以用压缩高度h来表示。通过上述方法建立了密实度与电阻率的联系，达到利用电阻率去判断充填效果的一种监测方法。