[发明专利]一种膨胀充填体试块膨胀率测定装置

说明书

本发明提供一种膨胀充填体试块膨胀率测定装置，属于矿山充填技术领域。该装置包括金属底座、刚性立柱、夹持臂，底座表面刻有激光射线校正标记、圆形/方形刻线和“十字”标尺；金属底座上螺纹连接与其垂直的刚性立柱，刚性立柱上标记有夹持臂固定的加持标记；夹持臂一端由螺栓固定于立柱，另一端连接百分表，夹持臂中间位置配有激光发射器，发出的射线与激光射线校正标记相对；装置配有标准试块，用于测量前的校正；装置的主要构件间由螺栓固定或螺纹连接，可实现拆解和组装。本发明能够实现满足试验规范要求的充填体试块膨胀率测量，装置简单，应用灵活，试验误差小，提高充填体试块膨胀率检测的精度、准确性和可靠性。

技术领域

本发明涉及矿山充填技术领域，特别是指一种膨胀充填体试块膨胀率测定装置。

背景技术

使用尾矿充填采空区是一种有效的采场支护方式和尾矿处理方式，既可保证井下作业环境，又解决尾矿占地，地下采空区和地表塌陷的处理问题。在设计充填采矿法时充填体稳定性是最为关键的因素，研究表明充填体强度和变形行为(沉降收缩/膨胀)是决定充填体发挥结构性功能的主要参数，对于充填体强度研究目前已有较多成果，但对于充填体变形行为研究正逐步引起学者们广泛的关注，目前既缺少合理的试验装置及方法，又没有与之相匹配的试验规范。充填体变形行为研究的不足使得工程师不能准确掌握充填料浆进入采场后的力学行为，直接制约着充填开采向更精细、更高效方向迈进，从而限制我国矿产资源利用水平。充填体变形行为，尤其是膨胀行为在充填发挥结构功能方面发挥着重要的作用，充填体膨胀有利于限制围岩移动、支撑采场顶板、吸收岩石变形释放的应力，有效的改善深部采场的高应力环境，从而可以减小矿柱尺寸提高资源利用率，改善采场作业环境提高劳动效率。膨胀行为可用膨胀率表征，但膨胀率过大时，充填体强度又会出现显著的劣化，充填体内部表现出“酥化”崩解现象，使得充填体强度失效。所以，要对充填体膨胀行为进行深入研究。

目前膨胀充填体主要有两类：充填骨料中原本赋存致膨胀元素(如硫化物)和充填材料主动添加膨胀剂。对于膨胀充填体的膨胀性能，目前没有统一的评价标准。文献中有对充填体稳定性的评价多参考岩石力学、混凝土水工试验规范和方法，将充填料制成Ф50×100mm或70.7×70.7×70.7mm3的充填体试块，其中对充填体尺寸的测量多采用游标卡尺，膨胀充填体试块表面粗糙且相对脆弱，游标卡尺量测时会直接触坏试块表面，并且多次量测的数据十分离散，再加上试验人员操作上的差异很难有效获得试块轴心尺寸，使得膨胀率试验结果可靠性差。

在岩石力学研究中，标准GB/T 50266-2013《工程岩体试验方法标准》、DL/T 5368-2007《水力水电工程岩石试验规程》和JTG E41-2005《公路工程岩石试验规程》中提出了岩块膨胀性试验的方法和设备，但标准中要求自由膨胀率试验的试块为直径50mm～65mm高径比为1的圆柱体试块或边长为50mm～65mm的正方体，要求圆柱体断面平行和正方体对面平行，但对于低灰砂比的充填体试块按此标准制样难度很大；同时该规程指明试验设备为“自由膨胀率试验仪”，岩石试块置于其中连续测量，每隔固定时间读数1次，但充填体膨胀行为研究关注初期(7d)、中期(28d)及长期(>90d)的膨胀率，同时充填体试块要求一定的养护条件，自由膨胀率试验仪也不适于置于养护箱中。

在混凝土、砂浆和水泥浆力学性能研究中，标准SL 352-2006《水工混凝土试验规程》、DL/T 5355-2006《水电水利工程水工试验规程》和JC/T 313-2009《膨胀水泥膨胀率试验方法》中提到混凝土、砂浆和水泥净浆试块膨胀率的试验方法，但该标准中，要求膨胀率试验的试块为100mm×100mm×515mm棱柱体混凝土试模、40mm×40mm×160mm棱柱体砂浆试模及25mm×25mm×280mm棱柱体水泥净浆试模，建筑材料灰砂比较高，试块强度较高，充填材料以此规格制得棱柱体试块很容易损坏(折断)，同时材料消耗量大不利于重复试验。而且，该规格的试模也不具有进行力学强度测试的能力，降低试验参数间的可匹配性。为此，研究充填体膨胀行为直接套用岩石、混凝土类材料性能研究的试验规程、设备及方法，必然不利于造成结果偏差。

发明内容