用于散体充填材料的温度-压力耦合试验装置及其试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于散体充填材料的温度‑压力耦合试验装置及其试验方法，该装置包括进油管路、出油管路、外保温箱、内保温箱、压实箱体、隔热柱体等六部分。压实箱体外套内外两层保温箱，进、出油管路直通环绕布置在压实箱体外壁上的加热管路，压实箱体上盖板承载隔热柱体，且在盖板上开有放置连温度传感器线用的小孔。本发明专利技术各部分相互独立，可真实模拟散体充填材料在深部矿井所受梯度地温、侧限压缩环境下的压实力学特性。本发明专利技术结构简单，使用方便，热利用率高，温控效果好，温度梯度选择范围广，适用于广泛用于煤矿充填的矸石、黄土、风积沙、建筑废料等散体材料。

【技术实现步骤摘要】
用于散体充填材料的温度-压力耦合试验装置及其试验方法
本专利技术属于岩石力学试验
，具体涉及一种用于散体充填材料的温度-压力耦合试验装置及其试验方法，尤其涉及一种深部煤矿高地温、高地应力环境下的散体充填材料压实力学特性试验装置。
技术介绍
随着煤矿开采深度的增加，散体充填材料在井下不仅要面对高地应力作用，还要考虑长期高地温造成的影响。矿井深度超过1000m以后，地温普遍超过50℃；矿井深度达到2000m时，地温普遍在70～80℃左右，高地温与高地应力并存的环境，势必会对散体充填材料的物理力学性质造成显著改变，进而影响充填开采岩层移动与地表沉陷，对地表建(构)筑物的长期稳定提出了新的考验。为了研究深部煤矿高地温、高地应力环境下的散体充填材料压实力学特性，需要设计一种用于散体充填材料的温度-压力耦合试验装置，现有的研究多着眼于标准岩样的温度-压力耦合，能够对标准岩样进行同时加热和加载试验，对于散体充填材料却只能先加热，冷却后再进行压实试验，与充填材料所在实际环境有较大差距。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种结构简单、操作方便、能够真实模拟煤矿散体充填材料长期在受高地温、高地应力环境条件下力学特性的散体充填材料温度-压力耦合试验装置及其试验方法，从而得到该环境下的散体充填材料压实力学特性，对深部煤矿充填开采岩层移动与地表沉陷预计提供试验支持，弥补现有技术的不足。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种用于散体充填材料的温度-压力耦合试验装置，包括进油管路、出油管路、外保温箱、内保温箱、压实箱体、隔热柱体；所述压实箱体由上部开口的箱体及上盖板组成，所述上盖板与箱体上部的开口配合，箱体内设置若干温度传感器；所述上盖板上承载有隔热柱体，并开设有放置连接温度传感器线用的小孔；所述压实箱体的外壁上布置有环绕的加热管路，所述加热管路中设置循环的导热流体，所述进油管路、出油管路分别与所述加热管路的两端连通；所述压实箱体的箱体的四周外侧紧贴设置有内保温箱，所述内保温箱与所述压实箱体整体内置于一外保温箱内，所述外保温箱上表面分别设有放置隔热柱体、温度传感器线、进出油管路的孔洞，所述隔热柱体、温度传感器线、进出油管路穿过外保温箱上表面相应的孔洞伸出外保温箱。进一步的，所述压实箱体为长方体形，有效装料空间长×宽×高为150mm×150mm×100mm；所述箱体与上盖板均采用厚度为15mm的Q235钢板制成，其中箱体的四周及底座为焊接在一起的整体，上盖板的上沿至外保温箱内壁留有10mm安装空间。进一步的，所述压实箱体内部放置包括矸石、黄土、风积沙、建筑废料在内的矿用散体充填材料，所述散体充填材料粒径不大于30mm。进一步的，所述温度传感器分别位于压实箱体内的上部、中部和下部。进一步的，所述内保温箱、外保温箱均采用聚氨酯硬泡板外套钢板制成，聚氨酯硬泡板厚度10mm，钢板厚度10mm，二者粘合为一体。进一步的，所述隔热柱体为实心长方形柱体，长×宽×高为40mm×40mm×70mm，采用氧化铝陶瓷制成，抗压强度850MPa，导热系数20W/m·K。进一步的，所述加热管路由一整条管路缠绕于箱体四周组成，在单侧箱体表面呈双“S”形布置，管路直径5mm，相邻上下两个管路间距15mm，管路内导热流体流速不大于0.1m/s。进一步的，所述导热流体采用二甲基硅油，加热范围为室温～200℃。上述的一种用于散体充填材料的温度-压力耦合试验装置的试验方法，该装置用于对散体充填材料进行温度-压力耦合试验，真实模拟散体充填材料在深部矿井所受梯度地温、侧限压缩环境下的压实力学特性，试验的具体步骤是：(1)清空压实箱体，将散体充填材料装入箱体并预压，同时装入温度传感器，箱体装满后，记录装料高度与装料质量，盖上上盖板，并在外部依次套上内保温箱、外保温箱，引出温度传感器线，将试验装置置于万能试验机的试验平台上，在外保温箱上部对应的孔洞处放置隔热柱体；(2)将温度传感器连接电脑，进行温度调试与校正；将进油管路和出油管路连接外部加热系统，在外部加热系统设置目标温度并对导热流体进行加热，当导热流体温度达到目标值时开始向试验装置内循环，同时对温度传感器进行数据监测；压实箱体内温度达到目标值后，保持温度六小时，使散体充填材料加热充分；(3)开启万能试验机，设定试验机加载压力与加载速率，对散体充填材料进行侧限轴向加载，实时监测与记录加载过程中的压力与位移；(4)加载结束后，停止导热流体循环，升起万能试验机立柱，将试验装置移下并拆开内、外保温箱，待温度降低后，倒出散体充填材料，并准备另一组散体充填试验材料，重复步骤(1)(2)(3)，进行下一组的散体充填材料温度-压力耦合试验。有益效果：本专利技术提供的一种用于散体充填材料的温度-压力耦合试验装置及其试验方法，与现有技术相比，具有以下优势：(1)本专利技术能够在实验室真实模拟散体充填材料在深部矿井所受高地温、高地应力耦合环境，得到该环境下的散体充填材料压实力学特性；(2)本试验装置各部分相互独立，拆卸方便；导热流体采用二甲基硅油，能够模拟室温至200℃的高温，温度梯度大；(3)压实箱体外的加热管路由一整条铜制管路组成，导热性好，管路长度大、导热流体流速慢，能够充分利用导热流体的热量；(4)该装置设有内、外两层保温箱，且传力柱采用隔热性能好、强度高的氧化铝陶瓷制成，能够有效减少热量散失，温度控制效果好；(5)压实箱体内真实温度测量，未采用常规做法在压力壁上钻孔进行间接测量，而将传感器直接放进压力室内进行测量，温度测量精度高。附图说明图1是本专利技术试验装置整体示意图；图2是本专利技术试验装置剖面示意图；图3是本专利技术压实箱体正视图；图4是本专利技术压实箱体侧视图；图中：1、进油管路，2、出油管路，3、外保温箱，4、内保温箱，5、压实箱体，6、隔热柱体，7、散体充填材料，8、温度传感器，9、箱体，10、上盖板，11、加热管路。具体实施方式本专利技术公开一种用于散体充填材料的温度-压力耦合试验装置及其试验方法，该装置包括进油管路、出油管路、外保温箱、内保温箱、压实箱体、隔热柱体等六部分。压实箱体外套内外两层保温箱，进、出油管路直通环绕布置在压实箱体外壁上的加热管路，压实箱体上盖板承载隔热柱体，且在盖板上开有放置连温度传感器线用的小孔。本专利技术各部分相互独立，可真实模拟散体充填材料在深部矿井所受梯度地温、侧限压缩环境下的压实力学特性。本专利技术结构简单，使用方便，热利用率高，温控效果好，温度梯度选择范围广，适用于广泛用于煤矿充填的矸石、黄土、风积沙、建筑废料等散体材料。下面结合附图和实施例对本专利技术作更进一步的说明。如图1、2所示为一种用于散体充填材料的温度-压力耦合试验装置，包括进油管路1、出油管路2、外保温箱3、内保温箱4、压实箱体5、隔热柱体6等六部分。所述压实箱体5由上部开口的箱体9及上盖板10组成，所述上盖板10与箱体5上部的开口配合，箱体内设置若干温度传感器8；所述上盖板10上承载有隔热柱体6，并开设有放置连接温度传感器线用的小孔；所述压实箱体5的外壁上布置有环绕的加热管路11，所述加热管路11中设置流动的导热流体，所述进油管路1、出油管路2分别与所述加热管路的两端连通；所述压实箱体5的外部紧贴设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于散体充填材料的温度‑压力耦合试验装置，其特征在于，包括进油管路、出油管路、外保温箱、内保温箱、压实箱体、隔热柱体；所述压实箱体由上部开口的箱体及上盖板组成，所述上盖板与箱体上部的开口配合，箱体内设置若干温度传感器；所述上盖板上承载有隔热柱体，并开设有放置连接温度传感器线用的小孔；所述压实箱体的外壁上布置有环绕的加热管路，所述加热管路中设置循环的导热流体，所述进油管路、出油管路分别与所述加热管路的两端连通；所述压实箱体的箱体的四周外侧紧贴设置有内保温箱，所述内保温箱与所述压实箱体整体内置于一外保温箱内，所述外保温箱上表面分别设有放置隔热柱体、温度传感器线、进出油管路的孔洞，所述隔热柱体、温度传感器线、进出油管路穿过外保温箱上表面相应的孔洞伸出外保温箱。

【技术特征摘要】
1.一种用于散体充填材料的温度-压力耦合试验装置，其特征在于，包括进油管路、出油管路、外保温箱、内保温箱、压实箱体、隔热柱体；所述压实箱体由上部开口的箱体及上盖板组成，所述上盖板与箱体上部的开口配合，箱体内设置若干温度传感器；所述上盖板上承载有隔热柱体，并开设有放置连接温度传感器线用的小孔；所述压实箱体的外壁上布置有环绕的加热管路，所述加热管路中设置循环的导热流体，所述进油管路、出油管路分别与所述加热管路的两端连通；所述压实箱体的箱体的四周外侧紧贴设置有内保温箱，所述内保温箱与所述压实箱体整体内置于一外保温箱内，所述外保温箱上表面分别设有放置隔热柱体、温度传感器线、进出油管路的孔洞，所述隔热柱体、温度传感器线、进出油管路穿过外保温箱上表面相应的孔洞伸出外保温箱。2.根据权利要求1所述的一种用于散体充填材料的温度-压力耦合试验装置，其特征在于，所述压实箱体为长方体形，有效装料空间长×宽×高为150mm×150mm×100mm；所述箱体与上盖板均采用厚度为15mm的Q235钢板制成，其中箱体的四周及底座为焊接在一起的整体，上盖板的上沿至外保温箱内壁留有10mm安装空间。3.根据权利要求1所述的一种用于散体充填材料的温度-压力耦合试验装置，其特征在于，所述压实箱体内部放置包括矸石、黄土、风积沙、建筑废料在内的矿用散体充填材料，所述散体充填材料粒径不大于30mm。4.根据权利要求1所述的一种用于散体充填材料的温度-压力耦合试验装置，其特征在于，所述温度传感器分别位于压实箱体内的上部、中部和下部。5.根据权利要求1所述的一种用于散体充填材料的温度-压力耦合试验装置，其特征在于，所述内保温箱、外保温箱均采用聚氨酯硬泡板外套钢板制成，聚氨酯硬泡板厚度10mm，钢板厚度10mm，二者粘合为一体。6.根据权利要求1所述的一种用于散体充填材料的温度-压力耦合试验装置，其特征在于，所述隔热柱体为实心长方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张吉雄，李猛，孟国豪，欧阳神央，陈强，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32