[发明专利]一种测试充填膏体中骨料沉降的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试充填膏体中骨料沉降的装置及方法，属于采空区充填技术领域。

背景技术

我国煤矿“三下”压煤巨大，实施充填开采可提高“三下”压煤采出率，并有效保障矿井的安全生产，同时处置矿区固体废弃物，减少占地和减轻地表沉陷，减少村庄搬迁，保护和改善矿区生态环境，有利于资源开发与生态环境协调发展。我国“三下”采煤方法形式多样，其中膏体充填对控制地表移动和变形效果较好，因而被普遍采用。

膏体充填工艺系统简单，依靠管道实现高效连续输送，因此膏体充填料必须满足可泵性要求的基本条件。对于添加骨料的膏体更应该注意在高泵压作用下保证不离析、不泌水、不沉降。膏体充填料中骨料的离析必然导致骨料的沉降。一方面，骨料的沉降容易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；另一方面，骨料的沉降还会影响充填体的强度和充填体的接顶率，减弱控制上覆岩层及地表移动变形的效果。因此，对于制备好的膏体，通过测试其中的骨料是否沉降来判断充填膏体的质量高低显得尤为重要。

发明内容

本发明旨在提供一种测试充填膏体中骨料沉降的装置，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，包括充填膏体测试槽和超声波波速测量装置；所述充填膏体测试槽为长方体槽，长方体结构的四个竖直面上分别设有三个定位孔，所述定位孔位于竖直面的中心线上，且三个定位孔均匀分布；所述超声波波速测量装置包括发射探头、接收探头、进路多路转换开关、回路多路转换开关，超声波发射装置、超声波接收装置、单片机、电脑；单片机与电脑连接，单片机另一端依次连接超声波发射装置、进路多路转换开关、发射探头、接收探头、回路多路转换开关和超声波接收装置；发射探头和接收探头分别安装在长方体槽的定位孔内，长方体槽的两个相对面上水平对应的两个孔定位为一对，一对定位孔中分别设有发射探头和接收探头；超声波发射装置向发射探头发射电信号，超声波发射探头把接收来的电信号转化为声信号，超声波接收探头把接收到的声信号转化为电信号，超声波接收装置把接收来的电信号进行处理，超声波发射装置、超声波接收装置连接到单片机上，受单片机控制，单片机连接电脑，电脑用于设置参数和处理数据。

上述装置中，所述长方体槽的厚度为10mm，长方体槽的尺寸为以下任一种：

长×宽×高分别为120mm×120mm×110mm、170mm×170mm×160mm、220mm×220mm×210mm、120mm×120mm×310mm、170mm×170mm×310mm、220mm×220mm×410mm；可根据试件尺寸的不同选择适合的长方体槽。

上述装置中，所述定位孔为圆孔，其直径为10mm，厚度为10mm。

上述装置中，所述发射探头、接收探头为截面半径为5mm，高为10mm的圆柱体结构；发射探头均匀设置在充填膏体测试槽的相邻两个竖直面上，接收探头设置在与发射探头对应的竖直面上。

上述装置中，所述单片机为MSP430系列单片机。

上述装置中，所述超声波波速测量装置的进路多路转换开关、回路多路转换开关为控制开关，旋转进路多路转换开关的旋钮使其中一个发射探头和发射装置接通，旋转回路多路转换开关旋钮使与发射探头相对的接收探头与接收装置接通；通过调整进路多路转换开关和回路多路转换开关的位置，测得超声波在充填膏体试件上部、中部、下部的传播速度。

本发明提供了一种测试充填膏体中骨料沉降的方法，通过充填膏体试件上部、中部、下部的超声波波速的差异情况来判断充填膏体在凝固过程中骨料是否发生沉降，具体按下列步骤进行：

（1）根据所制备的充填膏体试件的大小选择相配套的长方体槽；

其中100mm×100mm×100mm的试件对应的长方体槽的大小为120mm×120mm×110mm，相应的，150mm×150mm×150mm、200mm×200mm×200mm、100mm×100mm×300mm、150mm×150mm×300mm、200mm×200mm×400mm的试件分别对应的长方体槽的大小为170mm×170mm×160mm、220mm×220mm×210mm、120mm×120mm×310mm、170mm×170mm×310mm、220mm×220mm×410mm；

（2）将发射探头、接收探头安装在长方体槽的定位孔内，保证发射探头与接收探头位置水平相对；

（3）连接超声波波速测量装置；

（4）把制备好的充填膏体试件放入长方体槽中；