[实用新型]一种含水矸石压缩试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种矸石压缩试验装置及其试验方法。

背景技术

为了实现绿色开采，保证煤炭开采与环境保护协调发展，采矿学者及工程技术人员提出了充填开采技术，即将矸石、粉煤灰、膏体等充填材料随着采煤工作面的推进充填至工作面后方采空区的开采技术。采用矸石充填开采技术可控制岩层移动和地表沉陷，做到矸石不升井，减少地面矸石山，节约大量土地，有效抑制煤层及顶底板动力现象，保护矿区生态，实现安全生产。在矸石充填开采技术中，矸石是一种散体材料，作为永久支撑体直接充入采空区中，在覆岩的压力下，矸石被压实硬化，对覆岩起支撑作用。因此，研究矸石的压实变形特性对于充填的成功与否有着重要的意义。

由于矿井涌水、通风降尘散水、煤层注水等原因造成井下充填矸石总是赋存于一定的含水环境中，含水情况下矸石的压实变形特性与自然状态的矸石存在着显著差别，水的作用可使矸石的强度、变形破坏等力学特性发生变化，减弱矸石对覆岩的支撑作用。矸石在压实过程中的压缩量和受力大小是分析矸石压缩特性的重要参数，由于矸石是散体材料，应力无法像刚体一样较好的从顶部传递到底部，造成矸石在受压过程中不同高度位置的压缩量及受力大小不同，并且采空区不同高度位置矸石的含水量也是不尽相同的。因此，掌握不同高度位置矸石含水的压实变形特性以及不同高度位置矸石的压缩量及受力大小，可为采空区充填工程提供试验依据及指导，对控制地表沉陷具有重要意义。

中国专利申请CN203053782U公开了一种矸石充填试验压缩模具，主要针对松散矸石进行压缩试验，其功能单一，没有考虑不同含水量下矸石的压缩特性，以及如何测定不同高度位置矸石的压缩量及受力大小。

中国专利申请CN100337107C公开了一种破碎岩体多相耦合蠕变试验方法及其装置，适用于破碎岩体的压缩蠕变、固—液耦合及固—气耦合渗透试验；中国专利申请CN2532480Y公开了一种破碎岩石及非固结多孔材料渗透试验附加装置，可用来进行破碎岩石的渗透试验和压缩试验。上述技术中，虽然可以进行不同含水量破碎煤岩的压缩试验，但试验过程中水赋存于整个试样矸石中，没有考虑到不同高度位置矸石的含水量是不同的，也无法测定不同高度位置矸石的压缩量及受力大小。

另一方面，现有技术中的矸石压缩试验方法，不能满足在进行矸石压缩试验的同时，研究不同高度位置矸石的含水量对压缩过程的影响，并实时测定矸石不同高度位置的压缩量及受力大小。

实用新型内容

本实用新型的目的是，为解决测定矸石不同高度位置的压缩量及受力大小，提供一种操作简便、适于实验室内的一种含水矸石压缩测试装置。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种含水矸石压缩试验装置，其特征在于，它包括一个盛装矸石的钢筒、钢筒内的压盘、钢筒底部的渗水板、放置钢筒的渗水底座和出水底座以及备用的若干注水筒；其中，

所述的钢筒在整个高度上划分为多层，钢筒筒体的每层高度线上设有对称布置的进水螺孔；

所述的注水筒上带有体积刻度，注水筒的底面连接有带控制进水量阀门的注水导管，注水导管的出水端设有与钢筒的进水螺孔相配合的外螺纹，通过外螺纹使注水导管可连接在钢筒进水螺孔上；

所述的钢筒每层内的矸石中都埋设有压力传感器；所述的钢筒的筒体顶部固定有拉线位移传感器，拉线位移传感器的数量与钢筒划分层数相等，拉线位移传感器的拉头分别布置在钢筒的每层矸石内，拉头用拉线与拉线位移传感器连接；

所述的压盘上设有与拉线位移传感器和压力传感器总数量相同的导孔；所述的渗水底座是一个凹槽型底座，凹槽内设有若干渗水孔；

所述的出水底座用于放置渗水底座，出水底座上设有出水凹槽和出水通道。

进一步，所述的钢筒上设有20个进水螺孔，20个进水螺孔平均分布在五个高度上，每个高度的四个进水螺孔对称布置。

进一步，所述的拉线位移传感器固定在支架上，支架是在螺纹杆上设有伸缩杆和卡箍，螺纹杆安装在钢筒的支架螺孔上，位移传感器卡紧在卡箍上，用伸缩杆来调节拉线位移传感器的位置。

进一步，所述的压盘是一个凸台型圆柱钢，凸台的大直径与钢筒的内径匹配。

上述含水矸石压缩测试装置的试验方法，包括如下步骤：

第一步：试验不同高度位置矸石的压缩量及受力大小关系

第1.1步，在实验室内组装不同高度位置矸石含水压缩试验装置，首先将渗水底座放置在出水底座上；

第1.2步，在渗水底座凹槽中放置上渗水板，再放置上钢筒，并采用密封圈使钢筒外壁与底座凹槽的接触缝隙进行密封处理；