申请/专利权人：西安科技大学

申请日：2022-11-17

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN115754235B

主分类号：G01N33/24

分类号：G01N33/24;G01N3/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2023.03.24#实质审查的生效;2023.03.07#公开

摘要：本发明公开了一种围岩时变与充填体硬化过程相互作用装置及监测方法，包括步骤一：确定采空区尺寸大小；步骤二：确定所要模拟的岩体单轴抗拉和抗压强度；步骤三：确定充填体材料的固体浓度；步骤四：根据步骤二确定的围岩体相似材料的强度大小；步骤五：将数根槽钢和钢支架装配成型结构；步骤六：将定制的塑料泡沫块放置在模型的中心位置；步骤七：灌入料浆，使得料浆充满整个模型；步骤八：进行养护；步骤九：监测记录各个数据采集仪的数据变化；步骤十一：整理监测数据。该发明的技术效果为不但能够完成变形监测，而且能够分析变形的影响过程，且能够得到变形的影响范围、变形特性、强度分布特征、水化热变化情况和热传递过程。

主权项：1.一种围岩时变与充填体硬化过程相互作用监测方法，其特征在于：利用监测装置实现对围岩体时效变形与充填体硬化过程监测分析方法，所述监测装置包括槽钢1、钢支架与浇筑箱体2、高强度透明材料板3、采空区塑料泡沫充填体4、围岩体5、矿柱6、分布式光纤传感线7、漏斗8、超声波传感器9、温度和应变光纤传感器10、可承压和防水式应力盒11、钢管12、铁块13、计算机14、光纤光栅解调仪15、应力盒数据采集仪16、超声波波形采集仪17、连接线18、收敛变形计19、限位安装顺槽20，所述槽钢1上承载有钢支架与浇筑箱体2，所述钢支架与浇筑箱体2内浇筑有围岩体5，所述钢支架与浇筑箱体2的一侧面上安装有高强度透明材料板3，所述围岩体5内部贴合高强度透明材料板3处设置有两个采空区塑料泡沫充填体4，所述钢支架与浇筑箱体2内位于围岩体5的上方设置有铁块13，所述采空区塑料泡沫充填体4的上部设置有钢管12，所述钢管12的上端延伸到铁块13之上设置有漏斗8，所述围岩体5内设置有矩阵排列的可承压和防水式应力盒11，所述采空区塑料泡沫充填体4的内底面上设置有温度和应变光纤传感器10，所述采空区塑料泡沫充填体4的底部侧面上设置有超声波传感器9；该监测分析方法具体包括以下步骤：步骤一：根据所要研究具体矿山采空区尺寸大小，根据相似准则中的量纲分析原理确定物理模型中充填采场和矿柱的相对尺寸大小，确定采空区塑料泡沫充填体4的尺寸大小；步骤二：制备50*100mm的圆柱体试样进行单轴加载和单轴拉伸试验，确定所要模拟的岩体单轴抗拉和抗压强度；步骤三：确定所需充填体材料的固体浓度，胶结剂含量，20um以下的尾砂细颗粒需达到15％以上；依据公式：计算出尾砂、胶结剂和水的用量；制备充填膏体材料，将尾砂、胶结剂倒入搅拌机，充分混合后添加所需水，搅拌机搅拌10-15min，充分混合均匀；步骤四：根据步骤二确定的围岩体相似材料的强度大小，选择其强度的50％、70％、80％、90％四个应力梯度作为构筑不同预应力条件下围岩体；预应力通过在模型的顶部放置恒定重量的铁块13进行施加；预应力作用下围岩体变形时间范围的选择需保证大于尾砂胶结充填体宏观强度获得近稳定对应的养护龄期为27～29天；步骤五：将数根槽钢1和钢支架与浇筑箱体2依次按照顺序装配成型结构，躺着平放形成一个方形的密闭方形槽，对将要安装高强度有机玻璃板的一侧朝上；步骤六：根据前述设计出的采空区和矿柱的尺寸，将预先根据采空区大小定制的塑料泡沫块放置在模型的中心位置，形成采空区塑料泡沫充填体4；步骤七：将制备好的围岩体相似材料浇筑在模具中，当浇筑液面高度达到模型厚度的一半时，将可承压和防水式应力盒11依次按照顺序布设放置，并将引线手动从此时模型的底部穿出，以备连接应力盒数据采集仪16；将充填恒速蠕变泵的管路接入采空区顶板位置，而后继续灌入料浆，使得料浆充满整个模型；步骤八：将浇筑好的模型用塑料膜包住，进行养护，达到养护28天后，用吊车将模型立起来，而后将采空区塑料泡沫充填体4的塑料泡沫块抠除，并在采空区中布设收敛变形计19、超声波传感器9和温度和应变光纤传感器10，并将引线引出；在模型的正面喷洒散斑，架设DIC全场应变测量装置连接光纤光栅解调仪15，而后将高强度有机玻璃板安装；步骤九：按照预应力梯度计算出预先准备好的铁块13数量，并将铁块13放置在模型的顶部，实现恒定的预应力加载，并加载大于24小时的时长，与此同时，将各个监测仪器连接至数据采集仪开始工作；步骤十：当围岩体蠕变变形达到大于24小时的时长后，首先进行给定漏斗的定量分析，得到选定漏斗下料的恒定速率大小，通过几何相似等相似准则，得到实现地下采场不同充填率的模拟，而后通过前述钢管12，基于漏斗8模拟灌入充填料浆的延迟时间差异及充填速率，与此同时监测记录各个数据采集仪的数据变化；步骤十一：整理监测数据，分析围岩体时效变形规律及其与尾砂胶结充填体硬化过程的相互作用，分析尾砂胶结充填体硬化过程对围岩体时效变形的影响。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 西安科技大学 一种围岩时变与充填体硬化过程相互作用装置及监测方法

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