本發(fā)明涉及礦山膏體充填開采技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種用于持續(xù)加載膏體充填體的試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

礦山膏體充填材料是多種散體材料(膠結(jié)材料、尾砂、粉煤灰、添加劑等)與水復(fù)合而成的牙膏狀、無泌水的柱塞狀結(jié)構(gòu)流體。其性質(zhì)穩(wěn)定，可通過管道長(zhǎng)距離運(yùn)輸至井下采空區(qū)，并能形成一定的強(qiáng)度有效地支撐圍巖，從而控制地表沉陷。膏體材料是整個(gè)膏體充填采礦技術(shù)的核心，研究材料各項(xiàng)性質(zhì)的影響因素對(duì)膏體技術(shù)的推動(dòng)和發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。

膏體在進(jìn)入采空區(qū)到膏體完全凝結(jié)一般情況下需要大約一個(gè)月的時(shí)間，期間采空區(qū)上覆巖層的運(yùn)動(dòng)對(duì)充填體的穩(wěn)定性有著重要影響。有些采空區(qū)的頂板穩(wěn)定性較好，在膏體初期水化反應(yīng)時(shí)，不會(huì)對(duì)充填體產(chǎn)生壓力作用，后期會(huì)持續(xù)對(duì)充填體施加載荷；而有些采空區(qū)的頂板不穩(wěn)定，還未等到充填體達(dá)到最終的支撐上覆巖層的強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)對(duì)充填體施加持續(xù)載荷，從而使得充填體的性質(zhì)不按照水化正常方向發(fā)展，甚至產(chǎn)生開裂、破損等損傷行為，對(duì)充填體的最終強(qiáng)度形成起到抑制作用。

許多科研工作者和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員對(duì)充填體材料配比及強(qiáng)度性能等做了一定的研究工作，并且取得了較好的科研成果。但是從查閱的文獻(xiàn)和資料可知，現(xiàn)在的充填體設(shè)計(jì)僅僅根據(jù)其需要的支撐強(qiáng)度來反推膏體材料的配比設(shè)計(jì)。充填體在水化凝結(jié)期間所承受的載荷并沒有考慮到設(shè)計(jì)過程中。并且，針對(duì)上述現(xiàn)象，并沒有相關(guān)的試驗(yàn)裝備來研究分析此類現(xiàn)象。

綜上，在實(shí)驗(yàn)室中研究充填體在持續(xù)加載時(shí)的性能規(guī)律顯得尤為重要。本發(fā)明旨在提出一種用于持續(xù)加載膏體充填體的試驗(yàn)裝置，為提高膏體充填設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)化提供技術(shù)依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于持續(xù)加載膏體充填體的試驗(yàn)裝置。

該裝置包括彈簧、螺桿、鋼墊板、螺栓、鋼板一、鋼板二和充填體，其中，彈簧兩端分別與鋼板一和鋼墊板相連；螺桿自下而上連接鋼板二、鋼墊板和螺栓；螺桿從鋼板一中穿過；鋼板一和鋼板二之間填充充填體，鋼板一和鋼板二之間的空間大小可以按照充填體的實(shí)際尺寸來進(jìn)行調(diào)節(jié)。螺栓與螺桿、鋼墊板相連，從而對(duì)彈簧施加變形。

其中，彈簧為一種高精度彈簧，其變形量與所產(chǎn)生的載荷是精確對(duì)應(yīng)的，按照充填體各齡期強(qiáng)度的發(fā)展規(guī)律，彈性系數(shù)保持在50-100N/mm，彈力加載范圍為0～5000kN。

鋼板一兩側(cè)有螺桿通孔，通孔的直徑大于螺桿直徑，保證螺桿與鋼板一無接觸，從而避免產(chǎn)生摩擦力。

鋼板二兩側(cè)預(yù)留有螺桿固定孔，螺桿固定孔并不穿透鋼板二，螺桿固定孔中有與螺桿相匹配的螺紋，從而使螺桿與鋼板二結(jié)合為一體，保證裝置的穩(wěn)定。

鋼板一和鋼板二正反面均標(biāo)有間隔為50mm的刻度線，從而方便測(cè)得充填體試件的尺寸大小，并且保證充填體中心與鋼板一和鋼板二中心相對(duì)應(yīng)；鋼板一和鋼板二的尺寸為1600mm×700mm×20mm。

螺栓是與螺桿相配套的零件，作用主要是通過旋轉(zhuǎn)加載用來壓縮彈簧，從而對(duì)充填體施加載荷。

采用上述裝置進(jìn)行持續(xù)加載膏體充填體的試驗(yàn)操作的具體方法為：

(1)依據(jù)充填體性能的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)膏體材料進(jìn)行配比設(shè)計(jì)，并按照設(shè)計(jì)在設(shè)定好的環(huán)境條件下養(yǎng)護(hù)一定的時(shí)間。

(2)將兩支螺桿與下面的鋼板二進(jìn)行相連，并固定在水平面上。

(3)將設(shè)定好一定齡期的充填體試件放在鋼板二上，然后將另一塊鋼板一放入螺桿之間，并且壓在充填體試件表面，須保證充填體的中心與鋼板中心相對(duì)應(yīng)。

(4)將兩個(gè)彈簧套入螺桿中，然后將鋼墊板套入螺桿中，壓在彈簧表面。

(5)根據(jù)實(shí)驗(yàn)所設(shè)定的施加載荷，結(jié)合鋼板重力、彈簧重力和彈簧的彈力系數(shù)將螺栓固定在一定位置，從而對(duì)充填體持續(xù)地施加載荷，對(duì)充填體進(jìn)行觀測(cè)。

(6)按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，待加載一定時(shí)間后，取出充填體試件，對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

本發(fā)明能夠?qū)Τ涮铙w持續(xù)進(jìn)行加載，研究充填體在一定時(shí)間的持續(xù)載荷下的性能發(fā)展規(guī)律，為膏體性能的分析提供精確依據(jù)。主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一，試驗(yàn)裝置能根據(jù)充填體的試件尺寸來進(jìn)行調(diào)節(jié)，適應(yīng)性較強(qiáng)；第二，借助彈簧的力學(xué)性質(zhì)，能夠精確地對(duì)充填體施加載荷；第三，整個(gè)試驗(yàn)過程無需借助電力、微機(jī)等系統(tǒng)，試驗(yàn)可以持續(xù)任意一段時(shí)間，過程安全、高效、環(huán)保。

同時(shí)該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、制作成本低、便攜性、靈活性等特點(diǎn)，可為以后膏體的室內(nèi)設(shè)計(jì)提供試驗(yàn)依據(jù)，在某些頂板情況已知條件下可以有效模擬現(xiàn)場(chǎng)充填體的性能發(fā)展規(guī)律，從而推動(dòng)膏體充填技術(shù)的發(fā)展，具有很強(qiáng)的理論和實(shí)用價(jià)值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的用于持續(xù)加載膏體充填體的試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的用于持續(xù)加載膏體充填體的試驗(yàn)裝置鋼板一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的用于持續(xù)加載膏體充填體的試驗(yàn)裝置鋼板二結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1-彈簧；2-螺桿；3-鋼墊板；4-螺栓；5-鋼板一；6-鋼板二；7-充填體。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明針對(duì)礦山采場(chǎng)充填體受頂板載荷的影響、室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的不精確對(duì)接等問題，提供一種用于持續(xù)加載膏體充填體的試驗(yàn)裝置。

如圖1所示，該裝置中彈簧1兩端分別與鋼板一5和鋼墊板3相連；螺桿2自下而上連接鋼板二6、鋼墊板3和螺栓4；螺桿2從鋼板一5中穿過；鋼板一5和鋼板二6之間填充充填體7。鋼板一5和鋼板二6之間的空間大小可以按照充填體的實(shí)際尺寸來進(jìn)行調(diào)節(jié)。

本裝置中彈簧1彈性系數(shù)保持在50-100N/mm，彈力加載范圍為0～5000kN。

如圖2所示，鋼板一5兩側(cè)有螺桿通孔，直徑大小為70～100mm，通孔的直徑大于螺桿2直徑，保證螺桿2與鋼板一5無接觸。

如圖3所示，鋼板二6兩側(cè)預(yù)留有螺桿固定孔，直徑大小為50mm，螺桿固定孔并不穿透鋼板二6，螺桿固定孔中有與螺桿2相匹配的螺紋，從而使螺桿2與鋼板二6結(jié)合為一體。

鋼板一5和鋼板二6正反面均標(biāo)有間隔為50mm的刻度線，充填體7中心與鋼板一5和鋼板二6中心相對(duì)應(yīng)；鋼板一5和鋼板二6的尺寸為1600mm×700mm×20mm。

本裝置具體操作方法如下：

(1)依據(jù)充填體性能的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)膏體材料進(jìn)行配比設(shè)計(jì)，并按照設(shè)計(jì)在設(shè)定好的環(huán)境條件下養(yǎng)護(hù)一定的時(shí)間。

(2)將兩支螺桿2與下面的鋼板二6進(jìn)行相連，并固定在水平面上。

(3)將設(shè)定好一定齡期的充填體7放在鋼板二6上，然后將另一塊鋼板一5放入螺桿之間，并且壓在充填體7表面，須保證充填體的中心與鋼板中心相對(duì)應(yīng)。

(4)將兩個(gè)彈簧1套入螺桿2中，然后將鋼墊板3套入螺桿2中，壓在彈簧1表面。

(5)根據(jù)實(shí)驗(yàn)所設(shè)定的施加載荷，結(jié)合鋼板一5重力、彈簧1重力和彈簧的彈力系數(shù)將螺栓4固定在一定位置，從而對(duì)充填體7持續(xù)地施加載荷，對(duì)充填體進(jìn)行觀測(cè)。

(6)按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，待加載一定時(shí)間后，取出充填體試件，對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。