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，可通過管道長距離運輸至井下采空區(qū)，并能形成一定的強度有效地支撐圍巖，從而控制地表沉陷。膏體材料是整個膏體充填采礦技術(shù)的核心，研究材料各項性質(zhì)的影響因素對膏體技術(shù)的推動和發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。

膏體在進入采空區(qū)到膏體完全凝結(jié)一般情況下需要大約一個月的時間，期間采空區(qū)上覆巖層的運動對充填體的穩(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，不會對充填體產(chǎn)生壓力作用，后期會持續(xù)對充填體施加載荷；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度時，就會對充填體施加持續(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，對充填體的最終強度形成起到抑制作用。

許多科研工作者和現(xiàn)場生產(chǎn)人員對充填體材料配比及強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。但是從查閱的文獻和資料可知，現(xiàn)在的充填體設(shè)計僅僅根據(jù)其需要的支撐強度來反推膏體材料的配比設(shè)計。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)計過程中。并且，針對上述現(xiàn)象，并沒有相關(guān)的試驗裝備來研究分析此類現(xiàn)象。

綜上，在實驗室中研究充填體在持續(xù)加載時的性能規(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裝置，為提高膏體充填設(shè)計的精準(zhǔn)化提供技術(shù)依據(jù)。

技術(shù)實現(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際尺寸來進行調(diào)節(jié)。螺栓與螺桿、鋼墊板相連，從而對彈簧施加變形。

其中，彈簧為一種高精度彈簧，其變形量與所產(chǎn)生的載荷是精確對應(yīng)的，按照充填體各齡期強度的發(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，從而對充填體施加載荷。

采用上述裝置進行持續(xù)加載膏體充填體的試驗操作的具體方法為：

(1)依據(jù)充填體性能的試驗設(shè)計，對膏體材料進行配比設(shè)計，并按照設(shè)計在設(shè)定好的環(huán)境條件下養(yǎng)護一定的時間。

(2)將兩支螺桿與下面的鋼板二進行相連，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應(yīng)。

(4)將兩個彈簧套入螺桿中，然后將鋼墊板套入螺桿中，壓在彈簧表面。

(5)根據(jù)實驗所設(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，從而對充填體持續(xù)地施加載荷，對充填體進行觀測。

(6)按照實驗設(shè)計，待加載一定時間后，取出充填體試件，對其進行進一步的試驗。

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)進行加載，研究充填體在一定時間的持續(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)。主要有以下幾個優(yōu)點：第一，試驗裝置能根據(jù)充填體的試件尺寸來進行調(diào)節(jié)，適應(yīng)性較強；第二，借助彈簧的力學(xué)性質(zhì)，能夠精確地對充填體施加載荷；第三，整個試驗過程無需借助電力、微機等系統(tǒng)，試驗可以持續(xù)任意一段時間，過程安全、高效、環(huán)保。

同時該系統(tǒng)具有操作簡單、制作成本低、便攜性、靈活性等特點，可為以后膏體的室內(nèi)設(shè)計提供試驗依據(jù)，在某些頂板情況已知條件下可以有效模擬現(xiàn)場充填體的性能發(fā)展規(guī)律，從而推動膏體充填技術(shù)的發(fā)展，具有很強的理論和實用價值。

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)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進行詳細(xì)描述。

本發(fā)明針對礦山采場充填體受頂板載荷的影響、室內(nèi)試驗與現(xiàn)場實際的不精確對接等問題，提供一種用于持續(xù)加載膏體充填體的試驗裝置。

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際尺寸來進行調(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)充填體性能的試驗設(shè)計，對膏體材料進行配比設(shè)計，并按照設(shè)計在設(shè)定好的環(huán)境條件下養(yǎng)護一定的時間。

(2)將兩支螺桿2與下面的鋼板二6進行相連，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應(yīng)。

(4)將兩個彈簧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)實驗所設(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，從而對充填體7持續(xù)地施加載荷，對充填體進行觀測。

(6)按照實驗設(shè)計，待加載一定時間后，取出充填體試件，對其進行進一步的試驗。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(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和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。