[发明专利]一种基于超声波的水泥浆液结石率精准测量装置及其使用方法

说明书

本发明公开了一种基于超声波的水泥浆液结石率精准测量装置及其使用方法，该测量装置包括控制系统、试验台、超声波测距仪、支撑杆、转动板、紧固装置，试验台顶部固定设置一支撑杆，支撑杆顶部与转动板转动连接，转动板底面安装一超声波测距仪，支撑杆上部固定设置一紧固装置，紧固装置包括碟形螺栓、夹紧环、连接杆，连接杆两端分别与支撑杆、夹紧环固定连接，夹紧环外侧面设置一碟形螺栓，夹紧环与碟形螺栓螺栓连接。本发明通过搅拌器搅拌配置好的水泥浆液，可以使水泥与水充分混合，提高结实率的测量精度；本发明利用超声波测距仪时间差测距法原理，测量水面和结石体顶面之间的距离，测量精度高，避免了人工测量误差。

技术领域

本发明涉及一种基于超声波的水泥浆液结石率精准测量装置及其使用方法。

背景技术

在地下工程建设过程中，常常伴随着突水、突泥等地质灾害，严重威胁工人的生命安全，影响煤矿经济效益。注浆作为不良地质体灾害治理的主要方法被广泛应用，常用的注浆材料有水泥基复合材料、改性化学注浆材料等，其中以水泥浆液应用时间最久、最为广泛。

结石率是水泥浆液配比的重要参数，目前大部分研究中均采用肉眼观察记录结石体与水的分界面对应的量筒刻度，得到的水泥浆液结石率精度较低，难以实现突水突泥灾害的高质量精细注浆。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的一个目的是提供一种基于超声波的水泥浆液结石率精准测量装置，该测量装置操作简单、利用超声波测距原理，提高水泥浆液的结石率测量精度。

为达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于超声波的水泥浆液结石率精准测量装置，包括控制系统、试验台、超声波测距仪、支撑杆、转动板、紧固装置，所述试验台顶部一侧固定设置一支撑杆，所述支撑杆顶部与转动板转动连接，所述转动板底面固定安装一超声波测距仪，所述超声波测距仪与控制系统通过数据线连接，所述控制系统为一电脑，所述支撑杆上部固定设置一紧固装置，所述紧固装置包括碟形螺栓、夹紧环、连接杆，所述连接杆两端分别与支撑杆、夹紧环固定连接，所述夹紧环为一筒状圆片，所述夹紧环外侧面设置一碟形螺栓，所述夹紧环与碟形螺栓螺栓连接，所述支撑杆与试验台台面垂直，所述夹紧环圆面、转动板板面均与试验台台面平行，该水泥浆液结石率精准测量装置还包括搅拌器、测量筒，试验测量时，所述测量筒放置在超声波测距仪正下方的试验台上，所述搅拌器倒置，所述搅拌器搅拌杆部分伸入测量筒内，所述搅拌器基座部分依靠旋紧碟形螺栓固定在夹紧环上。

进一步地，所述搅拌器为涡轮式搅拌器。

进一步地，所述支撑杆上部与转动板通过轴承连接。

进一步地，所述紧固装置与试验台的距离大于测量筒高度。

本发明的另一个目的是提供一种使用上述测量装置的方法，具体测量步骤如下：

步骤一：将一定质量的配置好的水泥浆液倒入测量筒中，将测量筒放置试验台上，拨动转动板的同时调整测量筒位置，使测量筒位于超声波测距仪正下方，将搅拌器搅拌杆部分伸入测量筒内，旋紧碟形螺栓，将搅拌器基座部分固定在夹紧环上；

步骤二：启动搅拌器，将水泥浆液搅拌均匀后，松动碟形螺栓，拨动转动板，取下搅拌器，常温静置24小时，使得测量筒中水与结石体分离；

步骤三：启动超声波测距仪，超声波发射器向测量筒内发射超声波，超声波遇到水面和结石体顶面会发生两次不同的反射，超声波接收器收到反射波后，自动记录发射和接收的时间差，发射遇到水面、接收水面反射波的时间差记为t₁，发射遇到结石体顶面、接收结石体顶面反射波的时间差记为t₂。

水泥浆液的结实率计算公式如下：

式中，S为水泥浆液的结实率，m为水泥浆液的质量，ρ为水的密度，υ为超声波在水中传播的速度，V为水的体积，r为量筒的半径，h为水的高度。