一种充填体多场耦合养护的试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种充填体多场耦合养护的试验装置，属于井下充填技术领域。该装置包括温度控制系统、压力控制系统、湿度控制系统、固结排水系统和数据采集系统，膏体充填体放置在内养护筒中，外侧用外养护筒包裹，加压装置施加压力，滚珠丝杠推杆和充填体料浆之间通过传力活塞进行力的传递，压力传感器用于衡量压力的大小；隔热玻璃中的温度通过对流风扇和温控加热器进行控制，并通过温度传感器监测隔热玻璃中的温度；湿度调节器放置在隔热玻璃中，充填体料浆中埋设有电导率、温度传感器和孔隙水压力、温度传感器，并通过导线与数据采集仪和电脑进行连接。本发明专利技术能够同时对充填体的温度、压力、湿度和排水条件进行控制，模拟较为真实的养护环境。

An experimental device for multi field coupling maintenance of filling body

【技术实现步骤摘要】
一种充填体多场耦合养护的试验装置
本专利技术涉及井下充填
，特别是指一种充填体多场耦合养护的试验装置。
技术介绍
随着地下采矿工作的逐步进行，井下会出现大量的采空区，这些采空区的存在不仅会对地表产生影响，还会影响井下工人和设备的安全，充填采矿法可解决采空区垮塌和地表塌陷等问题，成为21世纪矿山主要使用的采矿方法之一。充填采矿法主要是将充填体充填到井下采空区，提高矿石的回收率和井下的安全系数。充填体主要是由固体废弃物、水泥和水混合制成，必要时可添加一定量的减水剂、矿物添加剂、粉煤灰等。这些混合物相互之间会发生一定的水化作用，生成水化产物，一方面，水泥和水发生水化反应，释放出一定的热量，使充填体内部的温度发生变化，且充填体还会与围岩之间发生热量交换。另一方面，水泥量的多少会影响水泥与水发生水化反应的程度，产生的水化反应产物积聚在充填体内部的孔隙中，影响充填体内部的渗流行为。其次，充填体还会受其上覆岩层的压力作用，使充填体内部的孔隙在压力下被挤压密实。因此，充填体在采场中受热-水-力-化多场耦合的作用，在养护过程中，表现出温度变化、压力变化、孔隙水压力变化和电导率变化等特征，最终影响充填体的强度。传统的室内试验中，充填体均是在恒温恒湿(温度20°，湿度95％)条件下进行普通养护，无法考虑充填体在养护过程中的上覆岩层压力作用，很难模拟充填体在井下真实的养护环境。而充填体的强度发展受热-水-力-化学多场影响的共同作用，不同的养护环境对充填体强度的发展影响较大。采场中取样测试得到的充填体强度比普通室内试验得到的充填体强度高出1～5倍，因此，要研究充填体在真实的养护环境中的多场性能及强度发展规律，需开发出能模拟充填体井下真实养护环境的多场耦合养护的试验装置。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种充填体多场耦合养护的试验装置，能够实时监测充填体内部温度、孔隙水压力、渗流量及电导率的变化，是一种研究充填体多场耦合养护的试验装置，以解决现有的充填体养护装置无法模拟较为真实的井下养护环境的问题。该装置包括温度控制系统、压力控制系统、湿度控制系统、固结排水系统和数据采集系统，其中，温度控制系统包括温度控制器、温度传感器、对流风扇、隔热玻璃和温控加热器；压力控制系统包括电机驱动器、压力传感器、传力活塞、滚珠丝杠推杆、压力调节器、行星减速器、压力显示器和力矩电机；湿度控制系统包括湿度传感器、湿度器和湿度控制器；固结排水系统包括透水石、带刻度渗水收集瓶和阀门；数据采集系统包括数据采集仪和电脑；该装置为由隔热玻璃围成的长方体结构，隔热玻璃安装在基座上，膏体充填体放置在内养护筒中，内养护筒外侧包裹外养护筒，膏体充填体顶部和底部均与透水石相接触，底部的透水石下方设置带刻度渗水收集瓶和阀门；压力控制系统通过滚珠丝杠推杆和电机驱动器向膏体充填体施加压力，滚珠丝杠推杆和膏体充填体之间通过传力活塞进行力的传递，压力传感器用于衡量压力的大小，力矩电机通过行星减速器将压力传递给滚珠丝杠推杆，力矩电机通过电机散热风扇进行散热，压力显示器用于监测显示该装置内压力，压力调节器用于调节该装置压力大小；隔热玻璃中的温度通过温度控制器、对流风扇和温控加热器进行控制，并通过温度传感器监测隔热玻璃中的温度；湿度传感器在隔热玻璃内，用于监测该装置内湿度，湿度调节器和湿度控制器放置在隔热玻璃中，用于控制该装置内的湿度；膏体充填体中埋设有电导率、温度传感器和孔隙水压力、温度传感器，电导率、温度传感器和孔隙水压力、温度传感器通过导线与数据采集仪和电脑进行连接；螺纹杆连接支撑基座和安装力矩电机的平台。其中，隔热玻璃将该装置内部密封。内养护筒和外养护筒均为圆柱形，内养护筒由两个半圆柱的空心玻璃圆管组成，内养护筒筒壁上距离筒底5cm和10cm处各开凿直径为3mm的圆柱孔；内养护筒外套高强度透明橡皮筋；外养护筒由两个半圆柱的空心金属圆管组成，外养护筒外部采用金属固定带进行加固。透水石高度为10mm，透水石截面积与膏体充填体截面积相同。膏体充填体为圆柱形。传力活塞上安装压力传感器，监测施加压力大小。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：本专利技术主要用于模拟充填体较为真实的养护环境，研究充填体热-水-力-化多场耦合行为的试验装置，能够同时监测充填体内部温度变化、电导率变化、渗流量变化和孔隙水压力的变化。本专利技术充填体多场耦合养护试验装置，可模拟与井下较相近的充填体养护条件，研究充填体的自身温度、孔隙水压力、电导率和渗水量随上覆岩层压力、环境温度、环境湿度和充填体自身特性变化的规律，以揭示充填体热-水-力-化多场耦合作用机理。总之，本专利技术能够同时对充填体的温度、压力、湿度和排水条件进行控制，从而模拟充填体较为真实的养护环境，并监测充填体在养护过程中的温度、电导率、孔隙水压力和含水率的变化。附图说明图1为本专利技术的充填体多场耦合养护的试验装置结构示意图。其中：1—电机散热风扇；2—温度控制器；3—电机驱动器；4—开关电源；5—220VAC接口；6—温度传感器；7—压力传感器；8—传力活塞；9—对流风扇；10—透水石；11—膏体充填体；12—电导率、温度传感器；13—隔热玻璃；14—孔隙水压力、温度传感器；15—螺纹杆；16—基座；17—带刻度渗水收集瓶；18—阀门；19—内养护筒；20—外养护筒；21—温控加热器；22—湿度传感器；23—湿度器；24—滚珠丝杠推杆；25—压力调节器；26—湿度控制器；27—行星减速器；28—压力显示器；29—力矩电机；30—数据采集仪；31—电脑。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术提供一种充填体多场耦合养护的试验装置，如图1所示，该装置包括温度控制系统、压力控制系统、湿度控制系统、固结排水系统和数据采集系统，其中，温度控制系统包括温度控制器2、温度传感器6、对流风扇9、隔热玻璃13和温控加热器21；压力控制系统包括电机驱动器3、压力传感器7、传力活塞8、滚珠丝杠推杆24、压力调节器25、行星减速器27、压力显示器28和力矩电机29；湿度控制系统包括湿度传感器22、湿度器23和湿度控制器26；固结排水系统包括透水石10、带刻度渗水收集瓶17和阀门18；数据采集系统包括数据采集仪30和电脑31；该装置为由隔热玻璃13围成的长方体结构，隔热玻璃13安装在基座16上，膏体充填体11放置在内养护筒19中，内养护筒19外侧包裹外养护筒20，膏体充填体顶部和底部均与透水石10相接触，底部的透水石10下方设置带刻度渗水收集瓶17和阀门18；压力控制系统通过滚珠丝杠推杆24和电机驱动器3向膏体充填体11施加压力，滚珠丝杠推杆24和膏体充填体11之间通过传力活塞8进行力的传递，压力传感器7用于衡量压力的大小，力矩电机29通过行星减速器27将压力传递给滚珠丝杠推杆24，力矩电机29通过电机散热风扇1进行散热，压力显示器28用于监测显示该装置内压力，压力调节器25用于调节该装置压力大小；隔热玻璃13中的温度通过温度控制器2、对流风扇9和温控加热器21进行控制，并通过温度传感器6监测隔热玻璃13中的温度；湿度传感器22在隔热玻璃13内，用于监测该装置内湿度，湿度调节器23和湿度控制器26放置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种充填体多场耦合养护的试验装置，其特征在于：包括温度控制系统、压力控制系统、湿度控制系统、固结排水系统和数据采集系统，其中，温度控制系统包括温度控制器(2)、温度传感器(6)、对流风扇(9)、隔热玻璃(13)和温控加热器(21)；压力控制系统包括电机驱动器(3)、压力传感器(7)、传力活塞(8)、滚珠丝杠推杆(24)、压力调节器(25)、行星减速器(27)、压力显示器(28)和力矩电机(29)；湿度控制系统包括湿度传感器(22)、湿度器(23)和湿度控制器(26)；固结排水系统包括透水石(10)、带刻度渗水收集瓶(17)和阀门(18)；数据采集系统包括数据采集仪(30)和电脑(31)；该装置为由隔热玻璃(13)围成的长方体结构，隔热玻璃(13)安装在基座(16)上，膏体充填体(11)放置在内养护筒(19)中，内养护筒(19)外侧包裹外养护筒(20)，膏体充填体顶部和底部均与透水石(10)相接触，底部的透水石(10)下方设置带刻度渗水收集瓶(17)和阀门(18)；压力控制系统通过滚珠丝杠推杆(24)和电机驱动器(3)向膏体充填体(11)施加压力，滚珠丝杠推杆(24)和膏体充填体(11)之间通过传力活塞(8)进行力的传递，压力传感器(7)用于衡量压力的大小，力矩电机(29)通过行星减速器(27)将压力传递给滚珠丝杠推杆(24)，力矩电机(29)通过电机散热风扇(1)进行散热，压力显示器(28)用于监测显示该装置内压力，压力调节器(25)用于调节该装置压力大小；隔热玻璃(13)中的温度通过温度控制器(2)、对流风扇(9)和温控加热器(21)进行控制，并通过温度传感器(6)监测隔热玻璃(13)中的温度；湿度传感器(22)在隔热玻璃(13)内，用于监测该装置内湿度，湿度调节器(23)和湿度控制器(26)放置在隔热玻璃中，用于控制该装置内的湿度；膏体充填体(11)中埋设有电导率、温度传感器(12)和孔隙水压力、温度传感器(14)，电导率、温度传感器(12)和孔隙水压力、温度传感器(14)通过导线与数据采集仪(30)和电脑(31)进行连接；螺纹杆(15)连接支撑基座(16)和安装力矩电机(29)的平台。...

【技术特征摘要】
1.一种充填体多场耦合养护的试验装置，其特征在于：包括温度控制系统、压力控制系统、湿度控制系统、固结排水系统和数据采集系统，其中，温度控制系统包括温度控制器(2)、温度传感器(6)、对流风扇(9)、隔热玻璃(13)和温控加热器(21)；压力控制系统包括电机驱动器(3)、压力传感器(7)、传力活塞(8)、滚珠丝杠推杆(24)、压力调节器(25)、行星减速器(27)、压力显示器(28)和力矩电机(29)；湿度控制系统包括湿度传感器(22)、湿度器(23)和湿度控制器(26)；固结排水系统包括透水石(10)、带刻度渗水收集瓶(17)和阀门(18)；数据采集系统包括数据采集仪(30)和电脑(31)；该装置为由隔热玻璃(13)围成的长方体结构，隔热玻璃(13)安装在基座(16)上，膏体充填体(11)放置在内养护筒(19)中，内养护筒(19)外侧包裹外养护筒(20)，膏体充填体顶部和底部均与透水石(10)相接触，底部的透水石(10)下方设置带刻度渗水收集瓶(17)和阀门(18)；压力控制系统通过滚珠丝杠推杆(24)和电机驱动器(3)向膏体充填体(11)施加压力，滚珠丝杠推杆(24)和膏体充填体(11)之间通过传力活塞(8)进行力的传递，压力传感器(7)用于衡量压力的大小，力矩电机(29)通过行星减速器(27)将压力传递给滚珠丝杠推杆(24)，力矩电机(29)通过电机散热风扇(1)进行散热，压力显示器(28)用于监测显示该装置内压力，压力调节器(25)用于调节该装置压力大小；隔热玻璃(13)中的温度通过温度控制器(2)、对流风扇(...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴爱祥，王贻明，陈顺满，王洪江，马浩吉，尹升华，王少勇，王志凯，杨鹏，兰文涛，姜关照，赵长政，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11