[实用新型]用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种矿山地下采空区充填体性能的试验装置，尤其涉及一种用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置。

背景技术

矿山地下开采不仅产生了大量的固体废弃物(例如尾矿和煤矸石)，同时还产生了大量的地下采空区。这些固体废弃物的地表堆存不仅会环境污染，而且还有可能成为安全隐患(例如尾矿库的溃坝和矸石山的自燃)。而地下采空区的存在不仅关系到矿工的作业安全，还会导致地表的沉陷。然而，将这些固体废弃物制成充填体填充入地下采空区可以有效地解决上述诸多问题。这种充填体主要由固体废弃物、水泥与水混合制成(必要的情况下会掺入矿物添加剂，如高炉矿渣和粉煤灰等)，它是一种内部充满孔隙结构的多孔介质。

水泥与水相遇发生水化反应，生成水化产物(C-S-H胶凝和AFt晶体等)，这些水化产物将沉淀并积聚在充填体内部的孔隙中，从而通过改变充填体内孔隙自由水的渗流行为而影响孔隙水压力分布。与此同时，水化反应还释放出一定的热量，从而促进充填体自身温度的发展。而充填体自身及外界环境温度的变化不仅会通过改变填体内水的密度和粘度而影响其渗流行为，还会引起充填体结构的热应变。此外，填充入地下采矿区的充填体还会受到其上覆岩层的压力。

综上所述可知，充填体将表现出热(温度变化)-流(孔隙水的渗流和孔隙水压力分布)-力(热应力和上覆压力)耦合作用行为。充填体的关键作用在于支撑上覆岩层，同时还不能对地下环境造成污染(例如从充填体中渗流出来的含有害物质的水会污染地下水)。这就要求充填体具有较强的力学稳定性和较弱的水力渗透性，而这些特性主要取决于充填体的热-流-力耦合作用行为。

目前，还没有一种用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够同时监测充填体的温度变化、孔隙水压力变化、渗流量变化以及应变数据的用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置，包括试验装置容器，所述试验装置容器的底部设有容器底板，顶部装有能上下移动的容器顶盖，内部装有填充体；

所述试验装置容器内设有温度传感器和孔隙水压力传感器，所述试验装置的容器侧壁装有应变传感器，所述温度传感器、孔隙水压力传感器和应变传感器通过导线与无纸记录仪相连接。

所述容器底板上钻凿若干个小孔，并在所述容器底板上铺一层渗透膜，所述容器底板的下部设有漏斗，所述漏斗的下部设有带刻度渗水收集瓶；

所述容器顶盖的上部设有砝码组合。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置，能够同时监测充填体的温度变化、孔隙水压力变化、渗流量变化以及应变数据。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置的结构示意图。

图中：1—(不同重量的)砝码组合；2—能上下移动的容器顶盖；3—充填体；4—试验装置容器；5—温度传感器；6—孔隙水压力传感器；7—容器底板；8—漏斗；9—带刻度渗水收集瓶；10—应变传感器；11—开孔；12—容器侧壁；13—无纸记录仪。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。

本实用新型的用于研究充填体热-流-力耦合行为的试验装置，其较佳的具体实施方式是：

包括试验装置容器，所述试验装置容器的底部设有容器底板，顶部装有能上下移动的容器顶盖，内部装有填充体；

所述试验装置容器内设有温度传感器和孔隙水压力传感器，所述试验装置的容器侧壁装有应变传感器，所述温度传感器、孔隙水压力传感器和应变传感器通过导线与无纸记录仪相连接。

所述容器底板上钻凿若干个小孔，并在所述容器底板上铺一层渗透膜，所述容器底板的下部设有漏斗，所述漏斗的下部设有带刻度渗水收集瓶；

所述容器顶盖的上部设有砝码组合。

所述小孔的直径为0.9至1.1mm。

所述容器顶盖的内壁与所述填充体之间垫一层海绵，所述海绵的面积与所述充填体的截面面积相同。

所述砝码组合包括若干个不同重量的砝码。

所述试验装置容器为长方体。

所述无纸记录仪与电脑相连。