[发明专利]一种单轴压缩实验用尾矿膏体试样制备装置及实验方法

说明书

一种单轴压缩实验用尾矿膏体试样制备装置及实验方法，装置包括工作台、模具组件和载荷施加组件，模具组件包括结构相同的1‑4号模具，模具配置有位移传感器、声发射探头和温度传感器；载荷施加组件包括支架和结构相同的1‑2号应力加载机构，1号应力加载机构与3号模具配合，2号应力加载机构与4号模具配合。方法为：配制尾矿膏体；向1‑4号模具中浇入尾矿膏体，去除气泡后将尾矿膏体封装在模具内；利用1号应力加载机构对3号模具内的尾矿膏体施加外载荷，利用2号应力加载机构对4号模具内的尾矿膏体施加外载荷；对尾矿膏体进行养护，养护期内使2号模具中的尾矿膏体保持恒湿状态；取出1‑4号模具中的试样，进行试样压缩实验，记录固化强度和变形特征。

技术领域

本发明属于尾矿膏体室内加载实验技术领域，特别是涉及一种单轴压缩实验用尾矿膏体试样制备装置及实验方法。

背景技术

在深部矿山开采过程中，冒顶、片帮、采空区塌陷等问题逐渐暴露，为了保证地下采矿工艺和围岩稳定性，通常会对采空区进行充填处理，而从环境保护角度出发，将尾矿填充至地下采空区将是一个大趋势。

尾矿填充前，需要将尾矿配制成类似牙膏状的胶结体，而配制的尾矿膏体是由尾矿砂、胶结剂和水混合而成，并通过管道将尾矿膏体以结构流形态输出至采空区，直至原位固结硬化并形成具有一定强度的充填体。

尾矿膏体在固结硬化为充填体后，充填体的固化强度和变形特征是考量尾矿膏体的重要指标，其决定了充填体对围岩体的支护能力以及回采时的稳定性。

目前，为了获取充填体的固化强度和变形特征，需要在实验室内开展单轴压缩实验，而用于实验的充填体试样主要有两种获得方式，第一种方式为原位采集，第二种方式为室内制备。

对于原位采集方式来说，需要到采空区现场通过打钻孔的方式提取试样，但采空区的充填体体积十分庞大，有些充填体的体积可以达到30m(长)×30m(宽)×60m(高)，导致获取试样的过程十分麻烦，而且残留的钻孔孔洞必然会破坏充填体的完整性，会在一定程度上影响充填体的原始吸能性能。

对于室内制备方式来说，只需将配制好的尾矿膏体放入模具中自然固化成型即可，但是上述试样只能表征充填体的表层部分，而无法表征充填体的中层部分和底层部分；由于充填体的中层部分和底层部分在固化成型过程中始终承受来自重力作用下的挤压效应，导致充填体在不同高度位置拥有的孔隙密度存在差异，进而导致充填体在不同高度位置具有的固化强度和变形特征也存在差异；而采用传统室内制备方式获取的试样，该试样所具有的固化强度和变形特征，是不能准确反映充填体在其他高度位置的固化强度和变形特征的。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种单轴压缩实验用尾矿膏体试样制备装置及实验方法，能够同时完成多个试样的制备，并且所制备的多个试样能够分别表征充填体的表层部分、中层部分和底层部分，通过对多个试样进行相同条件下的单轴压缩实验，能够准确反映充填体在不同高度位置的固化强度和变形特征。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种单轴压缩实验用尾矿膏体试样制备装置，包括工作台、模具组件和载荷施加组件，模具组件和载荷施加组件均位于工作台上；所述模具组件包括一号模具、二号模具、三号模具及四号模具，所述一号模具、二号模具、三号模具及四号模具结构相同，均包括底板、筒体及压块，所述底板放置在工作台上表面，所述筒体竖直安装在底板上表面，所述压块位于筒体顶端筒口内，试样位于筒体内；所述载荷施加组件包括支架、一号应力加载机构和二号应力加载机构，一号应力加载机构与三号模具配合使用，二号应力加载机构与四号模具配合使用；所述一号应力加载机构和二号应力加载机构结构相同，均包括杠杆、压头、砝码挂架及砝码；所述杠杆一端铰接在支架上，所述砝码挂架吊装在杠杆另一端，砝码位于砝码挂架上；所述压头位于压块上方，压头顶端与杠杆接触配合。

所述筒体采用两瓣式组合结构，拆模时方便试样取出。

在所述压块与底板之间连接有LVDT位移传感器。