一种不同压实程度矸石充填体应力波传播特性的测试装置的制作方法

1.本实用新型涉及矸石充填技术领域，具体涉及一种不同压实程度矸石充填体应力波传播特性的测试装置。


背景技术：

2.矸石充填采煤技术是在将地下煤炭资源采出的同时，将掘进矸石或洗选矸石进过破碎筛分加工后利用机械力或者其他方式充入采煤后方形成的采空区内，从而减少顶板与覆岩沉降的空间，进而有效的控制覆岩移动程度及对应地表的最大变形量。矸石充填采煤技术已经成为绿色矿区建设的重要技术手段，得到了大范围的推广应用。堆积在采空区内的矸石充填体会在覆岩移动的挤压作用下发生压缩变形，矸石充填体也反馈给覆岩移动一个反作用力，二者不断的耦合作用决定了覆岩移动的剧烈程度与活动轨迹，这是充填效果分析的核心问题，是热点研究课题之一。
3.对于采空区内矸石充填体变形量及变形过程的监测，目前还依靠在充填体内预先埋设数个弹性变形杆(一端固定在底板上，另一端固定在顶板上)进行全过程监控，变形杆有数据传输线连接到外部设备。顶板下沉压缩矸石充填体时，变形杆也发生变形，产生的电信号传递到外界，外部设备记录并换算得到该变形杆处的矸石充填体的变形量。
4.由于采空区的内部环境的极度复杂性及范围广大，其监测点布置数量不可能太多，无法大面积埋设变形杆，导致监测点分布代表性不足。因此，不少研究人员提出采用应力波物探的方法进行采空区内矸石充填体压实程度的探测，即在采空区边缘布置应力波发生器，并在其他边缘位置布置数十个乃至数百个应力波监测点，监测应力波通过压缩变形后的矸石充填体前后的应力波的参数变化，来判断分析整个采空区内矸石充填体的压实程度并绘制出云图。但不同压实程度矸石充填体的制备、及应力波在不同压实程度矸石充填体中的传播特性缺乏试验设备与数据支持，目前矸石充填体的压实装置为压实钢桶，没有布置和安装应力波发生器和接收器的合理位置，无法开展进行应力波在不同压实程度充填矸石充填体中的传播特性测试。


技术实现要素：

5.针对现有技术矸石充填体的压实装置无法进行应力波传播特性测试的问题，本实用新型提供一种不同压实程度矸石充填体应力波传播特性的测试装置，不仅可以制备不同压实程度的矸石充填体，且具备应力波发生和接收装置，可用于测量应力波在不同压实程度中的矸石充填体的传播特性数据。
6.本实用新型提供一种不同压实程度矸石充填体应力波传播特性的测试装置，包括：承压扩散板，承压扩散板的下部设置有应力传递柱，应力传递柱的下部设置有压实平板，压实平板设置在压实箱中，压实平板与压实箱之间的封闭空间构成矸石样品物料仓，压实箱的一侧板上设置有应力波发生器，压实箱的对侧板上设置有应力波接收换能器，压实箱的底面设置有泄气孔。
7.进一步地，泄气孔设置在压实箱的底面中心位置，泄气孔的孔径设置为10mm-15mm。
8.进一步地，泄气孔内设置有3层钢丝网，钢丝网的孔径小于0.1mm，钢丝网通过点焊的方式与压实箱相连接。
9.进一步地，压实平板的外侧壁与压实箱的内侧壁之间设有密封垫圈，使矸石样品物料仓得密封效果更好。
10.进一步地，应力波发生器设置在压实箱的一侧板的中心位置，应力波接收换能器设置在压实箱的对侧板的中心位置，应力波发生器与应力波接收换能器的中心在一条轴线上，更方便接收信号。
11.进一步地，承压扩散板通过焊接的方式与应力传递柱相连接，应力传递柱通过焊接的方式与压实平板相连接，三者构成一个整体结构。
12.本实用新型的有益效果在于：可通过施加外部作用力，对长方体型的压实箱体内的矸石充填材料进行挤压，从而制备出某一压实程度的矸石充填体；之后，利用本装置一侧的应力波发生器产生一定强度的应力波，利用对侧位置的应力波接收换能器接收通过矸石充填体后的应力波信号；上述过程可以重复，通过改变外部作用力的大小，制备出与上述不同压实程度的矸石充填体，再测试该压实程度条件下应力波通过后的应力波信号。该装置可实现对不同压实程度条件下应力波通过矸石充填体的应力波传播特性信号的检测，从而为研究矸石充填体压实程度对应力波传播特性的影响提供实验原始数据。
附图说明
13.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为本实用新型的俯视结构示意图。
15.图2为本实用新型的右视结构示意图。
16.图3为本实用新型的左视结构示意图。
17.图4为本实用新型的纵剖结构示意图。
18.图5为本实用新型的仰视结构示意图。
19.图6为本实用新型的装料结构示意图。
20.图7为某一压实程度的的矸石充填体应力波传播特性测试的结构示意图。
21.图8为另一压实程度的的矸石充填体应力波传播特性测试的结构示意图。
22.图中，1、承压扩散板，2、应力传递柱，3、压实平板，4、压实箱，5、应力波发生器，6、应力波接收换能器，7、矸石样品物料仓，8、泄气孔，9、重物甲，10、基座，11、应力波发生信号强度控制器，12，应力波信号存储装置，13、重物乙。
具体实施方式
23.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新
型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
24.如图1-5所示，一种不同压实程度矸石充填体应力波传播特性的测试装置，包括：承压扩散板1，承压扩散板1的下部设置有应力传递柱2，应力传递柱2的下部设置有压实平板3，承压扩散板1通过焊接的方式与应力传递柱2相连接，应力传递柱2通过焊接的方式与压实平板3相连接，三者构成一个整体结构，压实平板3设置在压实箱4中，压实平板3的外侧壁与压实箱4的内侧壁之间设有密封垫圈，使矸石样品物料仓得密封效果更好，压实平板3与压实箱4之间的封闭空间构成矸石样品物料仓7，压实箱4的一侧板上设置有应力波发生器5，压实箱4的对侧板上设置有应力波接收换能器6，压实箱4的底面设置有泄气孔8。
25.泄气孔8设置在压实箱4的底面中心位置，泄气孔8的孔径设置为10mm-15mm，泄气孔8内设置有3层钢丝网，钢丝网的孔径小于0.1mm，钢丝网通过点焊的方式与压实箱相连接；应力波发生器5设置在压实箱4的一侧板的中心位置，应力波接收换能器6设置在压实箱4的对侧板的中心位置，应力波发生器5与应力波接收换能器6的中心在一条轴线上，更方便接收信号。
26.如图6-8所示，本实用新型的测试过程：开始使用时，将承压扩散板1、应力传递柱2、压实平板3整体从压实箱4中脱离出来，之后在矸石样品物料仓7装入未压缩的散体矸石材料，并铺撒相对均匀，之后将承压扩散板1、应力传递柱2、压实平板3整体安装于压实箱体4中。之后将压实箱体4底面安置于水平基座10上，之后在承压扩散板1上放置重物甲9，矸石样品物料仓7中的散体矸石材料会受压变形形成矸石充填体，期间矸石颗粒间的气体会通过底面泄气孔8排出，待矸石充填体压缩变形稳定后，将应力波发生器5与外部的应力波发生信号强度控制器10相连，同时将应力波接收换能器6与外部应力波信号存储装置12相连，然后启动应力波发生器5，同时启动应力波接收换能器6接收应力波信号，完成对这一种压实程度矸石充填体的应力波测试；之后再在重物甲上增加重物乙，矸石样品物料仓7中的矸石充填体会继续压缩变形，期间矸石颗粒间的气体会继续通过底面泄气孔8排出，待矸石充填体再度压缩变形稳定后，重新启动应力波发生器5，同时启动应力波接收换能器6接收应力波信号，再完成对另一种压实程度矸石充填体的应力波测试。所有设计压实程度矸石充填体的应力波传播特性试验都结束后，将承压扩散板1、应力传递柱2、压实平板3从压实箱4中脱离出来，清理完毕矸石充填体废料之后，整个试验测试结束。
27.本实用新型的有益效果在于：可通过施加外部作用力，对长方体型的压实箱体内的矸石充填材料进行挤压，从而制备出某一压实程度的矸石充填体；之后，利用本装置一侧的应力波发生器产生一定强度的应力波，利用对侧位置的应力波接收换能器接收通过矸石充填体后的应力波信号；上述过程可以重复，通过改变外部作用力的大小，制备出与上述不同压实程度的矸石充填体，再测试该压实程度条件下应力波通过后的应力波信号。该装置可实现对不同压实程度条件下应力波通过矸石充填体的应力波传播特性信号的检测，从而为研究矸石充填体压实程度对应力波传播特性的影响提供实验原始数据。
28.尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本实用新型进行了详细描述，但本实用新型并不限于此。在不脱离本实用新型的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本实用新型的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本实用新型的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可
轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种不同压实程度矸石充填体应力波传播特性的测试装置，包括：承压扩散板，其特征在于，承压扩散板的下部设置有应力传递柱，应力传递柱的下部设置有压实平板，压实平板设置在压实箱中，压实平板与压实箱之间的封闭空间构成矸石样品物料仓，压实箱的一侧板上设置有应力波发生器，压实箱的对侧板上设置有应力波接收换能器，压实箱的底面设置有泄气孔。2.根据权利要求1所述的不同压实程度矸石充填体应力波传播特性的测试装置，其特征在于，泄气孔设置在压实箱的底面中心位置，泄气孔的孔径设置为10mm-15mm。3.根据权利要求1所述的不同压实程度矸石充填体应力波传播特性的测试装置，其特征在于，泄气孔内设置有3层钢丝网，钢丝网的孔径小于0.1mm，钢丝网通过点焊的方式与压实箱相连接。4.根据权利要求1所述的不同压实程度矸石充填体应力波传播特性的测试装置，其特征在于，压实平板的外侧壁与压实箱的内侧壁之间设有密封垫圈。5.根据权利要求1所述的不同压实程度矸石充填体应力波传播特性的测试装置，其特征在于，应力波发生器设置在压实箱的一侧板的中心位置，应力波接收换能器设置在压实箱的对侧板的中心位置，应力波发生器与应力波接收换能器的中心在一条轴线上。6.根据权利要求1所述的不同压实程度矸石充填体应力波传播特性的测试装置，其特征在于，承压扩散板通过焊接的方式与应力传递柱相连接，应力传递柱通过焊接的方式与压实平板相连接。

技术总结
一种不同压实程度矸石充填体应力波传播特性的测试装置，涉及矸石充填技术领域，解决了现有技术矸石充填体的压实装置无法进行应力波传播特性测试的问题，包括：承压扩散板，承压扩散板的下部设置有应力传递柱，应力传递柱的下部设置有压实平板，压实平板设置在压实箱中，压实平板与压实箱之间的封闭空间构成矸石样品物料仓，压实箱的一侧板上设置有应力波发生器，压实箱的对侧板上设置有应力波接收换能器，压实箱的底面设置有泄气孔；可通过施加外部作用力，对长方体型的压实箱体内的矸石充填材料进行挤压，通过改变外部作用力的大小，制备出与上述不同压实程度的矸石充填体，再测试该压实程度条件下应力波通过后的应力波信号。该压实程度条件下应力波通过后的应力波信号。该压实程度条件下应力波通过后的应力波信号。


技术研发人员：刘志钧 安百富 刘丽 郝翔 刘媛媛 李强 侯俊敏
受保护的技术使用者：新汶矿业集团有限责任公司
技术研发日：2022.12.02
技术公布日：2023/7/23