一种模拟采空区环境的煤基固废型材料试样制备系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种模拟采空区环境的煤基固废型材料试样制备系统及方法，包括如下步骤：首先对实际采空区环境进行现场调研，对采空区内水压、应力、矿井水PH值等环境条件进行实时监测。在实验室内将煤矸石、粉煤灰、煤泥等煤基固废材料混合制备充填料浆。将充填料浆置于采空区环境模拟箱内，待料浆凝固后，注入不同水压、PH的矿井水，并调节加载应力。养护一段时间后，用钻孔机钻孔，取得制备好的模拟采空区环境的煤基固废型材料试样。本发明专利技术制备的煤基固废型材料试样相比于现有其他方法制备的材料试样，测得的力学性能更接近于实际受采空区环境影响的充填体，更加符合工程实际情况。更加符合工程实际情况。更加符合工程实际情况。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟采空区环境的煤基固废型材料试样制备系统及方法


[0001]本专利技术属于矿山功能材料
，具体涉及一种模拟采空区环境的煤基固废型材料试样制备系统及方法。

技术介绍

[0002]充填采矿法是一种用充填材料充填采煤工作面采空区以控制岩层移动和变形的采矿方法。该方法可以缓和工作面支承压力产生的矿压显现，改善采场和巷道维护状况，有效减少地表下沉和变形，提高采出率，保护避免建筑物、构筑物、生态环境和水体。
[0003]为保证矿山的可持续发展，采空区充填完成后，需要对采空区下的充填体进行实时监测，但由于充填体的体积较大以及井下复杂的环境，对充填体性能的直接测定难以实现。目前常用的方法是对充填体钻孔取样运送到实验室后获取其力学参数，不过缺点是过程繁琐且成本较高。相比较而言，在室内试验中模拟实际受采空区影响情况进行充填体的制备与养护是更为有效的方法。
[0004]充填后材料试样的性质受应力、矿井水水压、矿井水pH值等采空区环境和养护时间的影响很大。目前常规的充填材料制备方法的养护方式主要为标准养护，但是通过对比现场与室内试验的结果发现，现场实测的充填体强度值远低于室内试验值，这说明现场的养护条件与标准养护条件存在着较大差异。
[0005]因此，亟需研究一种模拟采空区环境的煤基固废型材料试样制备方法，以满足上述需求。

技术实现思路

[0006]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模拟采空区环境的煤基固废型材料试样制备方法，利用该方法在室内试验中获得受采空区条件影响后充填体的准确性质。
[0007]技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]本专利技术旨在提出一种模拟实际采空区环境的煤基固废型材料试样制备系统及方法，在采空区环境中，应力、矿井水水压、矿井水pH值是影响充填体性质的主要因素，因此，本专利通过实测实际采空区环境中应力、矿井水水压及矿井水pH值等指标，根据所测指标，通过高压水泵和液压装置对模拟箱进行调节，将充填体放置于模拟箱中，使充填体养护过程更接近于实际采空区。
[0009]本专利技术的第一个目的是，提供一种模拟采空区环境的煤基固废型材料试样制备系统，包括采空区环境模拟箱、液压装置、高压水泵、模拟溶液池，其中，所述采空区环境模拟箱为中空结构，内部用于存放实际采空区的煤基固废型材料试样即模拟充填体，所述采空区环境模拟箱的侧面具有注水孔和排水孔；
[0010]所述模拟溶液池通过所述高压水泵连通至所述注水孔，用于向所述采空区环境模拟箱内输送模拟溶液，所述模拟溶液为根据实际采空区的矿井水水质制备的水溶液；
[0011]所述液压装置位于所述采空区环境模拟箱上方，用于向所述采空区环境模拟箱施加应力。
[0012]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，所述高压水泵用于调节矿井水水压，所述模拟溶液池用于调节矿井水pH，所述液压装置用于调节应力。
[0013]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，还包括有废水桶，所述废水桶与所述排水孔连通，所述采空区环境模拟箱中多余的模拟溶液由所述排水孔排出，收集在所述废水桶中。
[0014]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，所述液压装置为四柱式液压装置。
[0015]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，所述采空区环境模拟箱的尺寸为300～600mm
×
400～800mm
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200～500mm，所述注水孔和排水孔的直径为30～80mm。
[0016]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，所述采空区环境模拟箱的顶底板尺寸为500
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400
×
200mm，所述注水孔和排水孔的直径为50mm。
[0017]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，所述采空区环境模拟箱的侧边可拆卸。可拆卸的结构方式不受限制，比如侧边与顶底边采用铰接或卡扣方式进行连接固定，或者采用胶粘方式进行连接等能实现侧边可拆卸的结构特征，都在本专利技术的保护范围之内。
[0018]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，所述采空区环境模拟箱非注水孔，排水孔一侧可拆卸。
[0019]本专利技术的第二个目的是，提供一种模拟采空区环境的煤基固废型材料试样制备方法，采用如上任意一种实施方式所述的系统，该方法包括以下步骤：
[0020]步骤一：对实际采空区进行调研
[0021]实时监测实际采空区内充填体的环境条件，所述环境条件包括矿井水水质及充填体所受的应力，所述矿井水水质包括矿井水pH值和充填体所受矿井水的水压；
[0022]步骤二：将煤基固废型材料混合，制备充填料浆；
[0023]步骤三：充填料浆注入采空区环境模拟箱，凝固后得模拟充填体；
[0024]步骤四：添加采空区环境影响因素
[0025]通过模拟溶液池向所述采空区环境模拟箱中的模拟充填体注入与所述矿井水水质相同的模拟溶液，并通过液压装置向所述采空区环境模拟箱中的模拟充填体施加与所述充填体所受应力相同的加载应力；
[0026]步骤五：模拟充填体进行养护，钻芯取得所需煤基固废型材料试样用于检测。
[0027]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，步骤一中，每隔3h记录一次充填体所受应力、矿井水水压及矿井水pH值的数值，根据3d内实际采空区实时监测获得的所述应力、矿井水水压、矿井水pH值的平均值作为预制养护的各指标设置的依据。
[0028]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，步骤三中，所述充填料浆中添加速凝剂，凝固时间为5～12h。
[0029]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，所述速凝剂包括硅酸钠速凝剂、铝酸盐速凝剂、非碱性粉末状促凝剂等。
[0030]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，步骤二：制备煤基固废型充填料浆具体包括：在实验室内，将煤基固废材料混合胶结制备成充填料浆。其中，煤基固废材料可选用煤矸石、粉煤灰、煤泥等多种煤基固废材料。
[0031]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，步骤三：注入采空区环境模拟箱具体包括：
将制备好的煤基固废型材料料浆置于采空区环境模拟箱内，等待凝固。采空区环境模拟箱侧部分别设有注水孔和出水孔，通过高压水泵接入注水孔泵入模拟溶液，从出水孔排除，顶部设有液压装置，可调节加载应力。
[0032]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，步骤四：添加采空区环境影响因素具体包括：待料浆凝固后，根据3d内实际采空区监测获得的应力、水压、矿井水pH值的平均值作为预制养护的各指标设置的依据，然后先确定需注入水pH值，通过高压水泵调节水压后注入，再通过液压装置设定好加载应力，对充填体施加应力。
[0033]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，步骤五：钻孔机钻芯取得所需试件具体包括：煤基固废型材料同步采空区环境养护一段时间后脱模，使用钻孔机钻芯，即可得到模拟采空区环境的煤基固废型材料试样。
[0034]本专利技术的第三个目的是，提供上述的系统或方法的应用，具体应用于实际受采空区中充填体的模拟检测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟采空区环境的煤基固废型材料试样制备系统，其特征在于，包括采空区环境模拟箱(1)、液压装置(2)、高压水泵(3)及模拟溶液池(7)，其中，所述采空区环境模拟箱(1)为中空结构，内部用于存放实际采空区的煤基固废型材料试样即模拟充填体，所述采空区环境模拟箱(1)的侧面具有注水孔(4)和排水孔(5)；模拟溶液池(7)通过高压水泵(3)连通至所述注水孔(4)，用于向所述采空区环境模拟箱(1)内输送模拟溶液，所述模拟溶液为根据实际采空区的矿井水水质制备的水溶液；所述液压装置(2)位于所述采空区环境模拟箱(1)上方，用于向所述采空区环境模拟箱(1)施加加载应力。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括有废水桶(6)，所述废水桶(6)与所述排水孔(5)连通，所述采空区环境模拟箱(1)中多余的模拟溶液由所述排水孔(5)排出，收集在所述废水桶(6)中。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液压装置(2)为四柱式液压装置。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采空区环境模拟箱(1)的尺寸为300～600mm
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400～800mm
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200～500mm，所述注水孔(4)和排水孔(5)的直径为30～80mm。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采空区环境模拟箱的侧边可拆卸。6.一种模拟采空区环境的煤基固废型材料试样制备方法，其特征在于，采用如权利要求1
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5任一所述的系统，该方法包括以下步骤：步骤一：对实际采空区进行调研实时监测实际采空...

【专利技术属性】
技术研发人员：李猛，彭毅凡，张吉雄，周楠，马丹，沈玲玲，王晓，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：