[发明专利]一种固体充填材料压缩试验装置及方法

说明书

本发明实施例提供一种固体充填材料压缩试验装置及方法，涉及固体充填材料力学性质测试技术领域。所述装置包括：模型箱，在底板上围设有第一侧板、第二侧板、第三侧板及第四侧板，所述第一侧板与第三侧板相对，分别用于模拟采煤工作面上、下顺槽，所述第二侧板与第四侧板相对，用于模拟开切眼煤壁，在所述第四侧板上设有施压部件，在所述施压部件的推动下，所述第四侧板朝向所述第二侧板方向移动，所述第一侧板与第三侧板顶部架设有多根与所述第四侧板平行设置的卸料板，所述卸料板上具有向所述填料空间中填料的填料口。基于该实验装置及方法得到的实验结果，可较准确地反映出固体充填材料在实际充填开采中的力学性质。

技术领域

本发明涉及固体充填材料力学性质测试技术领域，尤其涉及一种固体充填材料压缩试验装置及方法。

背景技术

传统大规模的垮落法采煤，对煤炭资源造成了很大的损失、给矿区及周边地区生态环境造成了很大的破坏，主要表现为：(一)煤炭损失严重：建筑物下、水体下、铁路下等“三下”压煤损失严重，据不完全统计，目前已探明的损失量高达142亿吨；同时区段间也有一定的煤柱损失。(二)矿山固体废弃物排放量大：煤矿在开采煤炭时产生了大量的矸石固体废弃物，其排放量约占煤炭产量的10％～15％，一般的处理方法是直接外排堆存在地表，形成矸石山；矿山固体废弃物地面排放会造成环境污染与危害、侵占良田以及会导致次生灾害。(三)矿山开采带来严重的环境破坏：主要表现为土地资源破坏严重、地下水大量流失、地表塌陷。

鉴于垮落法开采引起的上述问题，目前最好的解决方法即为充填开采，而充填开采中应用最多、材料来源最为广泛的为固体充填开采。在固体充填开采工艺中，固体充填材料的力学性质在充填效果中起着关键性作用，目前对充填材料的力学性质测试基本上都是采用侧限压缩试验，即利用具有一定刚度的钢筒作为装料装置，如图1所示；再利用电液伺服压力机通过活塞对固体充填材料进行压缩，测试其应力-应变曲线，分析材料的力学性质。这种装置操作简便，在一定程度上可以很好地反应固体充填材料力学性质。

本申请的发明人在实现本发明创造的过程中发现：当前为研究固体填充材料力学性质开展的侧限压缩试验，并不能较为真实地模拟实际充填过程中充填材料所表现出的力学行为(即实际受力状态)，致使现有的侧限压缩试验结果并不能较为准确地反映出固体充填材料在实际充填开采中的力学性质。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种能较为真实地模拟实际充填过程中充填材料实际受力状态的固体充填材料压缩试验装置及方法，基于该实验装置及方法得到的实验结果，可较准确地反映出固体充填材料在实际充填开采中的力学性质。

第一方面，本发明实施例提供一种固体充填材料压缩试验装置，包括：模型箱，所述模型箱包括底板，在所述底板上围设有第一侧板、第二侧板、第三侧板及第四侧板，所述第一侧板、第二侧板、第三侧板及第四侧板围设的空间形成填料空间，用于模拟采空区，所述第一侧板与第三侧板相对，分别用于模拟采煤工作面上、下顺槽，所述第二侧板与第四侧板相对，所述第二侧板用于模拟开切眼煤壁，所述第四侧板两端分别活动连接于所述第一侧板与第三侧板上，且在与第二侧板的连线方向上可移动，在所述第四侧板上设有施压部件，在所述施压部件的推动下，所述第四侧板朝向所述第二侧板方向移动，以用于模拟实际充填过程中固体填充材料受到的来自液压支架上的夯实机构的侧向夯实力；

所述第一侧板与第三侧板顶部架设有多根与所述第四侧板平行设置的卸料板，所述卸料板上具有向所述填料空间中填料的填料口，所述卸料板用于模拟实际充填过程中液压支架后顶梁上悬挂的底卸式输送机。

可选地，所述第一侧板的顶端沿长度方向等间距设有多个第一凹槽部，在所述第二侧板的顶端沿长度方向等间距设有多个第二凹槽部，且所述第一凹槽部与所述第二凹槽部对应设置，所述卸料板一端设于所述第一凹槽部中，另一端设于所述第二凹槽部中。

可选地，所述第一凹槽部与第二凹槽部为半圆状凹槽，所述卸料板的两端具有半圆形搭接部，所述卸料板的两端通过所述半圆形搭接部搭接于所述半圆状凹槽中。