CN111006993A - 一种矸石胶结充填材料稳定性检测装置及其使用方法 - Google Patents

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赵永辉
冉洪宇
冯国瑞
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Abstract

一种矸石胶结充填材料稳定性检测装置及其使用方法，属于矸石胶结充填材料检测领域，目的在于提供一种用于腐蚀环境中，矸石胶结充填材料长期稳定性的检测装置，包括腐蚀液缸、上压板、中压板、下压板和底板，上压板、中压板、下压板和底板通过丝杆连接，腐蚀液缸位于上压板的顶端，上压板和中压板之间设有液压千斤顶，中压板和下压板之间设有腐蚀缸，腐蚀缸内设有煤矸石试件，煤矸石试件顶部设有孔隙板，腐蚀液缸的两端分别通过导液管与孔隙板的两端连接，孔隙板和中压板之间设有压力传感器，压力传感器通过数据线连接有数显仪表，孔隙板和下压板之间设有数显千分表，下压板和底板之间设有叠式弹簧。本发明可实现长期腐蚀试验，节省费用和时间。

Description

一种矸石胶结充填材料稳定性检测装置及其使用方法
技术领域
本发明属于矸石胶结充填材料检测技术领域，具体涉及一种矸石胶结充填材料稳定性检测装置及其使用方法。
背景技术
我国是一个能源大国，煤炭是能源结构的主体，在以往的大规模开采中，引起了地表塌陷、地下水破坏、植被衰退、煤矸石占压土地等系列问题。同时，随着我国经济社会的发展，保护环境与可持续发展被提上日程。胶结充填开采作为一种绿色开采技术，是解决上述问题的有效手段，因此，一种以煤矸石为骨料的矸石胶结充填材料便应运而生。
矸石胶结充填开采技术中，充填体设计是结构充填的关键环节，充填体设计合理与否直接影响上覆岩层移动变形控制效果和地下空间的安全稳定。由于煤矿井下环境复杂，会使充填材料的长期性能出现劣化。因此，在结构充填体设计时要根据实际工况，分析充填体受力状况并充分考虑环境影响的因素。充填体在承受上覆岩层荷载作用的同时，还会受到不同方位矿井水的侵蚀作用。矿井水中含有SO4 2-、Cl-、Mg2+等腐蚀性离子，因此，对于研究煤矸石胶结充填材料在矿井水腐蚀作用下的长期稳定性检测装置和方法具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于腐蚀环境中，矸石胶结充填材料长期稳定性的检测装置。
本发明采用如下技术方案：
一种矸石胶结充填材料稳定性检测装置，包括腐蚀液缸、上压板、中压板、下压板和底板，上压板、中压板、下压板和底板通过丝杆连接，腐蚀液缸位于上压板的顶端，上压板和中压板之间设有液压千斤顶，中压板和下压板之间设有装有腐蚀溶液的腐蚀缸，腐蚀缸内设有煤矸石试件，煤矸石试件顶部设有孔隙板，腐蚀液缸的两端分别通过带阀门的导液管与孔隙板的两端连接，孔隙板和中压板之间设有压力传感器，压力传感器通过数据线连接有数显仪表，孔隙板和下压板之间设有数显千分表，下压板和底板之间的丝杆上设有叠式弹簧。
所述煤矸石试件底部设有压板。
所述腐蚀缸的侧壁底部设有排液口。
所述煤矸石试件的上下两端分别设有栅格网。
所述上压板、中压板、下压板、底板与丝杆的连接端分别设有螺母。
所述孔隙板内设有相互连通的孔隙。
所述底板的底部设有调节螺母。
一种矸石胶结充填材料稳定性检测装置的使用方法，包括如下步骤：
将各部件安装完成后，将煤矸石试件置于腐蚀缸中，关闭腐蚀缸的排液口和导液管上的阀门，根据数显千分表显示的数值，通过液压千斤顶向煤矸石试件施加预定荷载，将腐蚀溶液倒入腐蚀液缸中，打开导液管上的阀门，腐蚀溶液通过孔隙板流入腐蚀缸中，进行试验，试验期间，定期记录数显千分表上的数值，定期检查腐蚀溶液的浓度，试验完成后，打开腐蚀缸的排液口，将腐蚀溶液排出，待煤矸石试件干燥后，测试煤矸石试件的超声波波幅、波速和电阻率，重复上述步骤，长期进行腐蚀试验。
本发明的有益效果如下
1. 本发明可在试件受腐蚀的同时承受荷载进行检测，真实模拟了结构充填开采中充填体在承受上覆岩层荷载作用的同时，还会受到不同方位矿井水的侵蚀作用。
2. 本发明所设计的孔隙板，可以从试件的顶部进行腐蚀，当导液管内的腐蚀液流过时，腐蚀液可以从试件的顶部进行由表及里的腐蚀，更符合实际环境。
3. 本发明所设计的腐蚀缸旁侧的排液口，可以在试件进行承压腐蚀时关闭，待到达预定时间后打开排出腐蚀溶液，方便后续进行的检测，实现长期腐蚀试验，节省费用和时间。
附图说明
图1为本发明的检测装置的主视结构示意图；
图2为本发明的检测装置的左视结构示意图；
图3为本发明的检测装置的腐蚀缸的主视结构示意图；
图4为本发明的煤矸石试件的结构示意图；
图5为本发明的孔隙板的主视结构示意图；
图6为本发明的孔隙板的左视结构示意图；
图7为图6的A-A向剖视图；
图8本发明的孔隙板的俯视结构示意图；
图9为图8的B-B向剖视图；
其中：1-腐蚀液缸；2-阀门；3-上压板；4-中压板；5-孔隙板；6-丝杆；7-排液口；8-下压板；9-叠式弹簧；10-底板；11-腐蚀溶液；12-导液管；13-液压千斤顶；14-压力传感器；15-煤矸石试件；16-腐蚀缸；17-压板；18-数显仪表；19-调节螺母；20-电阻率测试仪；21-栅格网；22-数显千分表；23-非金属超声波检测仪。
具体实施方式
结合附图，对本发明做进一步说明。
一种矸石胶结充填材料稳定性检测装置，包括腐蚀液缸1、上压板3、中压板4、下压板8和底板10，上压板3、中压板4、下压板8和底板10通过丝杆6连接，腐蚀液缸1位于上压板3的顶端，上压板3和中压板4之间设有液压千斤顶13，中压板4和下压板8之间设有装有腐蚀溶液11的腐蚀缸16，腐蚀缸16内设有煤矸石试件15，煤矸石试件15顶部设有孔隙板5，腐蚀液缸1的两端分别通过带阀门2的导液管12与孔隙板5的两端连接，孔隙板5和中压板4之间设有压力传感器14，压力传感器14通过数据线连接有数显仪表18，孔隙板5和下压板8之间设有数显千分表22，下压板8和底板10之间的丝杆6上设有叠式弹簧9。
所述煤矸石试件15底部设有压板17。
所述腐蚀缸16的侧壁底部设有排液口7。
所述煤矸石试件15的上下两端分别设有栅格网21。
所述上压板3、中压板4、下压板8、底板10与丝杆6的连接端分别设有螺母。
所述孔隙板5内设有相互连通的孔隙。
所述底板10的底部设有调节螺母19。
一种矸石胶结充填材料稳定性检测装置的使用方法，包括如下步骤：
将各部件安装完成后，将煤矸石试件15置于腐蚀缸16中，关闭腐蚀缸16的排液口7和导液管12上的阀门2，根据数显千分表22显示的数值，通过液压千斤顶13向煤矸石试件15施加预定荷载，将腐蚀溶液11倒入腐蚀液缸1中，打开导液管12上的阀门2，腐蚀溶液11通过孔隙板5流入腐蚀缸16中，进行试验，试验期间，定期记录数显千分表22上的数值，定期检查腐蚀溶液11的浓度，试验完成后，打开腐蚀缸16的排液口，将腐蚀溶液11排出，待煤矸石试件15干燥后，测试煤矸石试件15的超声波波幅、波速和电阻率，重复上述步骤，长期进行腐蚀试验。
通过电阻率测试仪(RK2678)测试腐蚀过后试件的轴向损伤变化。
数显千分表（QFH-400A,分辨率0.001mm）的用途是记录试件的蠕变变形。
非金属超声波检测仪(ZBL-U510)测试腐蚀后试件的超声波波幅和波速。
叠式弹簧可以维持荷载的恒定，使试件承受荷载较为均匀。
导液管为特殊耐腐蚀性塑料管。
其中，煤矸石试件由充填材料浇筑而成，尺寸为100mm*100mm*300mm（可以根据实际情况调整尺寸大小），在煤矸石充填体的上下部分别预埋一片栅格网，此次试验中，栅格网选用铝栅格网。
腐蚀溶液选用硫酸溶液。
本发明的工作原理如下：
对试件施加压力后，首先确保腐蚀缸16旁侧的排液口7关闭，导液管12上的阀门2关闭，再将按所需试验要求配置好的硫酸溶液注入腐蚀液缸1中。打开导液管12上的阀门2，硫酸溶液从腐蚀液缸1通过导液管12流向孔隙板5，由于孔隙板5的多孔性，使得对煤矸石试件15的腐蚀自上而下进行，从而真实地模拟了煤矸石充填体的腐蚀环境，即由表及里，全方位的、带压的腐蚀。在腐蚀期间，要定期测硫酸液的浓度，将硫酸液的浓度控制在一定范围内。当进行到预定腐蚀期限后，将腐蚀缸16旁侧的排液口7打开，排出硫酸溶液，对煤矸石充填试件检测后，若继续腐蚀，可将排出后的硫酸溶液再一次注入腐蚀液缸，重复使用，节省费用和时间。

Claims (8)

1.一种矸石胶结充填材料稳定性检测装置，其特征在于：包括腐蚀液缸（1）、上压板（3）、中压板（4）、下压板（8）和底板（10），上压板（3）、中压板（4）、下压板（8）和底板（10）通过丝杆（6）连接，腐蚀液缸（1）位于上压板（3）的顶端，上压板（3）和中压板（4）之间设有液压千斤顶（13），中压板（4）和下压板（8）之间设有装有腐蚀溶液（11）的腐蚀缸（16），腐蚀缸（16）内设有煤矸石试件（15），煤矸石试件（15）顶部设有孔隙板（5），腐蚀液缸（1）的两端分别通过带阀门（2）的导液管（12）与孔隙板（5）的两端连接，孔隙板（5）和中压板（4）之间设有压力传感器（14），压力传感器（14）通过数据线连接有数显仪表（18），孔隙板（5）和下压板（8）之间设有数显千分表（22），下压板（8）和底板（10）之间的丝杆（6）上设有叠式弹簧（9）。
2.根据权利要求1所述的一种矸石胶结充填材料稳定性检测装置，其特征在于：所述煤矸石试件（15）底部设有压板（17）。
3.根据权利要求1所述的一种矸石胶结充填材料稳定性检测装置，其特征在于：所述腐蚀缸（16）的侧壁底部设有排液口（7）。
4.根据权利要求1所述的一种矸石胶结充填材料稳定性检测装置，其特征在于：所述煤矸石试件（15）的上下两端分别设有栅格网（21）。
5.根据权利要求1所述的一种矸石胶结充填材料稳定性检测装置，其特征在于：所述上压板（3）、中压板（4）、下压板（8）、底板（10）与丝杆（6）的连接端分别设有螺母。
6.根据权利要求1所述的一种矸石胶结充填材料稳定性检测装置，其特征在于：所述孔隙板（5）内设有相互连通的孔隙。
7.根据权利要求1所述的一种矸石胶结充填材料稳定性检测装置，其特征在于：所述底板（10）的底部设有调节螺母（19）。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述的矸石胶结充填材料稳定性检测装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：
将各部件安装完成后，将煤矸石试件（15）置于腐蚀缸（16）中，关闭腐蚀缸（16）的排液口（7）和导液管（12）上的阀门（2），根据数显千分表（22）显示的数值，通过液压千斤顶（13）向煤矸石试件（15）施加预定荷载，将腐蚀溶液（11）倒入腐蚀液缸（1）中，打开导液管（12）上的阀门（2），腐蚀溶液（11）通过孔隙板（5）流入腐蚀缸（16）中，进行试验，试验期间，定期记录数显千分表（22）上的数值，定期检查腐蚀溶液（11）的浓度，试验完成后，打开腐蚀缸（16）的排液口，将腐蚀溶液（11）排出，待煤矸石试件（15）干燥后，测试煤矸石试件（15）的超声波波幅、波速和电阻率，重复上述步骤，长期进行腐蚀试验。
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