本發(fā)明涉及一種測(cè)試充填膏體中骨料沉降的裝置及方法，屬于煤礦開(kāi)采充填技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

我國(guó)煤礦“三下”壓煤巨大，實(shí)施充填開(kāi)采可提高“三下”壓煤采出率，并有效保障礦井的安全生產(chǎn)，同時(shí)處置礦區(qū)固體廢棄物，減少占地和減輕地表沉陷，減少村莊搬遷，保護(hù)和改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，有利于資源開(kāi)發(fā)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。我國(guó)“三下”采煤方法形式多樣，其中膏體充填對(duì)控制地表移動(dòng)和變形效果較好，因而被普遍采用。

膏體充填工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單，依靠管道實(shí)現(xiàn)高效連續(xù)輸送，因此膏體充填料必須滿足可泵性要求的基本條件。對(duì)于添加骨料的膏體更應(yīng)該注意在高泵壓作用下保證不離析、不泌水、不沉降。膏體充填料中骨料的離析必然導(dǎo)致沉降,而骨料的沉降容易導(dǎo)致堵管事故的發(fā)生，堵管不僅影響充填作業(yè)的正常進(jìn)行，而且會(huì)污染井下環(huán)境。骨料的沉降還會(huì)影響充填體的強(qiáng)度，減弱控制上覆巖層及地表移動(dòng)變形的效果。因此，對(duì)于制備好的膏體，通過(guò)測(cè)試其中骨料是否沉降來(lái)判斷充填膏體質(zhì)量的高低顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種測(cè)試充填膏體中骨料沉降的裝置及方法，解決了充填膏體中骨料沉降的測(cè)定問(wèn)題。

本發(fā)明提供了一種測(cè)試充填膏體中骨料沉降的裝置，包括有機(jī)玻璃槽、電阻率測(cè)試裝置；

所述有機(jī)玻璃槽為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，在豎直的四個(gè)面的豎直中心線上分別均勻設(shè)有若干個(gè)絕緣卡槽，絕緣卡槽用于連接電阻率測(cè)試裝置；

所述電阻率測(cè)試裝置包括銅片電極、多芯電纜、電極轉(zhuǎn)換器、H橋發(fā)射回路、光耦隔離驅(qū)動(dòng)裝置、電流傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、放大器、單片機(jī)、PC計(jì)算機(jī)、電源，銅片電極焊接在有機(jī)玻璃槽的絕緣卡槽內(nèi)，與銅片電極相連的導(dǎo)線穿過(guò)有機(jī)玻璃槽上的圓形小孔連接電極轉(zhuǎn)換器，通過(guò)控制電極轉(zhuǎn)換器可以分別測(cè)試充填膏體試件上部、中部、下部的電阻率，電極轉(zhuǎn)換器連接有H橋發(fā)射回路和放大器，H橋發(fā)射回路發(fā)射電流信號(hào)，H橋發(fā)射回路外接電流傳感器，電流傳感器將發(fā)射的電流脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為易測(cè)量的電壓信號(hào)，再經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊后輸入到單片機(jī)內(nèi)，放大器將待測(cè)電壓信號(hào)放大到單片機(jī)的輸入范圍內(nèi)；單片機(jī)通過(guò)光耦隔離驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)控制H橋發(fā)射回路，單片機(jī)與PC計(jì)算機(jī)連接，通過(guò)PC計(jì)算機(jī)來(lái)接收單片機(jī)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理。

上述裝置中，在有機(jī)玻璃槽內(nèi)壁的每個(gè)豎直面上分別設(shè)有三個(gè)絕緣卡槽，沿有機(jī)玻璃槽四個(gè)豎直面的中心線的上、中、下處分別開(kāi)有三個(gè)圓形小孔，且絕緣卡槽中心與圓形小孔中心重合。

上述裝置中，所述H橋發(fā)射回路的四個(gè)橋臂由四個(gè)門極可關(guān)斷晶閘管VT1、VT2、VT3、VT4組成，輸入電流為電源所提供的高壓直流，當(dāng)對(duì)角線上的VT1、VT3開(kāi)通，VT2、VT4關(guān)斷時(shí)，輸出電流為正；當(dāng)VT2、VT4開(kāi)通，VT1、VT3關(guān)斷時(shí)，輸出電流為負(fù)，控制四個(gè)門極可關(guān)斷晶閘管的關(guān)斷就可以得到所需的正負(fù)相間的方波脈沖發(fā)射信號(hào)。

所述光耦隔離驅(qū)動(dòng)裝置采用四通道的線性光耦TLP521-4。

所述信號(hào)調(diào)理電路把電流傳感器的輸出信號(hào)的零點(diǎn)平移到單片機(jī)中ADC量程的中點(diǎn)。

所述單片機(jī)的型號(hào)是MSP430F149。

所述銅片電極和卡槽之間設(shè)有硬海綿，所述硬海綿為凸臺(tái)形，并經(jīng)過(guò)CuSO₄溶液浸泡，具有良好的導(dǎo)電性，當(dāng)試件放置在有機(jī)玻璃槽中時(shí)，可以保證銅片電極和試件在測(cè)試時(shí)充分接觸。

本發(fā)明提供了一種測(cè)試充填膏體中骨料沉降的方法，通過(guò)充填膏體試件上部、中部、下部電阻率的差異情況來(lái)判斷充填膏體在凝固過(guò)程中骨料是否發(fā)生沉降，其具體按下列步驟進(jìn)行：

（1）將銅片電極焊接在有機(jī)玻璃槽的卡槽內(nèi)，與銅片電極相連的導(dǎo)線從卡槽內(nèi)的圓形小孔接出，并將CuSO₄溶液浸泡過(guò)的硬海綿卡在銅片電極和卡槽之間；

（2）連接電阻率測(cè)試裝置；

（3）把制備好的充填膏體試件放在有機(jī)玻璃槽內(nèi)；

（4）接通電源，啟動(dòng)PC計(jì)算機(jī)，觀察比較充填膏體試件的上部、中部、下部的電阻率，從而判斷骨料是否發(fā)生沉降。

本發(fā)明的原理：初凝固后的充填膏體由于孔隙結(jié)構(gòu)中的水分含量較多，充填膏體電阻率的影響因素主要是孔隙溶液和流通通道，流通通道包括孔隙結(jié)構(gòu)中的連通孔和骨料周圍的界面過(guò)渡區(qū)多孔結(jié)構(gòu)，骨料含量越多，界面過(guò)渡區(qū)的比表面積越大，孔隙溶液越容易在充填膏體內(nèi)部傳輸，電阻率數(shù)值越低。如果新拌和的膏體內(nèi)，骨料不發(fā)生沉降即骨料在充填膏體內(nèi)均勻分布，凝固后的充填膏體在上、下位置處測(cè)的電阻率數(shù)值應(yīng)該一致，如果骨料發(fā)生沉降，下部測(cè)得的電阻率數(shù)值明顯低于上部測(cè)得的電阻率數(shù)值，通過(guò)凝固后充填膏體不同位置電阻率數(shù)值的測(cè)量，判斷充填膏體是否沉降。

本發(fā)明的有益效果：

（1）本發(fā)明采用電阻率的方法來(lái)測(cè)試充填膏體中骨料的沉降，測(cè)試方法簡(jiǎn)單易行，測(cè)試結(jié)果精確可靠；

（2）操作方便，裝置安裝完成后，只需取放試件、軟件操作即可完成多組試件的測(cè)試；

（3）測(cè)試所需時(shí)間短，測(cè)試效率高，一個(gè)人單獨(dú)可以測(cè)試多組數(shù)據(jù)；

（4）根據(jù)電阻率測(cè)試結(jié)果，能快速判斷骨料是否沉降，并對(duì)充填膏體的原料種類和含量進(jìn)行調(diào)整，該方法和裝置適用于實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)充填膏體性能的測(cè)試。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明測(cè)試裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為有機(jī)玻璃槽內(nèi)壁一側(cè)布置示意圖；

圖3為H橋發(fā)射回路的電路圖；

圖中：1為有機(jī)玻璃槽，2為圓形小孔，3為絕緣卡槽，4為硬海綿，5為銅片電極，6為多芯電纜，7為電極轉(zhuǎn)換器，8為H橋發(fā)射回路，9為光耦隔離驅(qū)動(dòng)裝置，10為電流傳感器，11為信號(hào)調(diào)理電路，12為放大器，13為單片機(jī)，14為PC計(jì)算機(jī)，15為電源。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例：

如圖1~2所示，一種測(cè)試充填膏體中骨料下沉的裝置，包括有機(jī)玻璃槽1、圓形小孔2、絕緣卡槽3、硬海綿4、電阻率測(cè)試裝置；有機(jī)玻璃槽1前后左右四個(gè)側(cè)面沿豎直方向在中心線上分別開(kāi)有三個(gè)圓形小孔2，有機(jī)玻璃槽1內(nèi)壁每個(gè)面沿豎直方向上分別焊接三個(gè)絕緣卡槽3；電阻率測(cè)試裝置包括銅片電極5、多芯電纜6、電極轉(zhuǎn)換器7、H橋發(fā)射回路8、光耦隔離驅(qū)動(dòng)裝置9、電流傳感器10、信號(hào)調(diào)理電路11、放大器12、單片機(jī)13、PC計(jì)算機(jī)14、電源15，銅片電極5焊接在有機(jī)玻璃槽1的絕緣卡槽3內(nèi)，與銅片電極5相連的導(dǎo)線穿過(guò)有機(jī)玻璃槽上的圓形小孔2連接到電極轉(zhuǎn)換器7上，電極轉(zhuǎn)換器7連接有H橋發(fā)射回路8和放大器12，H橋發(fā)射回路8發(fā)射電流信號(hào)，H橋發(fā)射回路8外接電流傳感器10，電流傳感器10將發(fā)射的電流脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為易測(cè)量的電壓信號(hào)，再經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊后輸入到單片機(jī)13內(nèi)，放大器12將待測(cè)電壓信號(hào)放大到單片機(jī)13的輸入范圍內(nèi)，單片機(jī)13通過(guò)光耦隔離驅(qū)動(dòng)裝置9來(lái)控制H橋發(fā)射回路8，單片機(jī)13連接PC計(jì)算機(jī)14，PC計(jì)算機(jī)14用來(lái)接收單片機(jī)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理。

進(jìn)一步說(shuō)明利用上述裝置進(jìn)行測(cè)試的方法，包括如下步驟：

1、有機(jī)玻璃槽1規(guī)格為；長(zhǎng)140mm寬140mm高110mm，有機(jī)玻璃厚度為10mm，在有機(jī)玻璃槽1前后左右四個(gè)側(cè)面在高度為20mm、60mm、100mm處分別開(kāi)有三個(gè)直徑為3mm圓形小孔2；有機(jī)玻璃槽1內(nèi)壁每個(gè)面沿豎直方向上分別焊接三個(gè)絕緣卡槽3，絕緣卡槽3規(guī)格為：長(zhǎng)40mm寬10mm高20mm，絕緣卡槽3的中心在豎直方向上的高度為20mm、60mm、100mm；

2、將銅片電極焊接在有機(jī)玻璃槽的卡槽內(nèi)，與銅片電極相連的導(dǎo)線從圓形小孔接出，并將CuSO₄溶液浸泡過(guò)的硬海綿卡在銅片電極和卡槽之間；

3、連接電阻率測(cè)試裝置；

4、將剛凝固好脫模的長(zhǎng)100mm寬100mm高100mm充填膏體試件放入有機(jī)玻璃槽內(nèi)；

5、接通電源，啟動(dòng)PC計(jì)算機(jī)，觀察比較充填膏體試件上部、中部、下部電阻率，確定骨料是否發(fā)生沉降；（具體說(shuō)，通過(guò)電極轉(zhuǎn)換器，將銅片電極和其對(duì)面對(duì)應(yīng)的位置的電極打開(kāi)，同時(shí)供電并接收電阻率數(shù)據(jù)，待測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，記錄結(jié)果。）

6、測(cè)試完成后關(guān)閉電腦和電源，取出充填膏體試件。