一种基于超声波的水泥浆液结石率精准测量装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种基于超声波的水泥浆液结石率精准测量装置及其使用方法。

背景技术

在地下工程建设过程中，常常伴随着突水、突泥等地质灾害，严重威胁工人的生命安全，影响煤矿经济效益。注浆作为不良地质体灾害治理的主要方法被广泛应用，常用的注浆材料有水泥基复合材料、改性化学注浆材料等，其中以水泥浆液应用时间最久、最为广泛。

结石率是水泥浆液配比的重要参数，目前大部分研究中均采用肉眼观察记录结石体与水的分界面对应的量筒刻度，得到的水泥浆液结石率精度较低，难以实现突水突泥灾害的高质量精细注浆。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的一个目的是提供一种基于超声波的水泥浆液结石率精准测量装置，该测量装置操作简单、利用超声波测距原理，提高水泥浆液的结石率测量精度。

为达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于超声波的水泥浆液结石率精准测量装置，包括控制系统、试验台、超声波测距仪、支撑杆、转动板、紧固装置，所述试验台顶部一侧固定设置一支撑杆，所述支撑杆顶部与转动板转动连接，所述转动板底面固定安装一超声波测距仪，所述超声波测距仪与控制系统通过数据线连接，所述控制系统为一电脑，所述支撑杆上部固定设置一紧固装置，所述紧固装置包括碟形螺栓、夹紧环、连接杆，所述连接杆两端分别与支撑杆、夹紧环固定连接，所述夹紧环为一筒状圆片，所述夹紧环外侧面设置一碟形螺栓，所述夹紧环与碟形螺栓螺栓连接，所述支撑杆与试验台台面垂直，所述夹紧环圆面、转动板板面均与试验台台面平行，该水泥浆液结石率精准测量装置还包括搅拌器、测量筒，试验测量时，所述测量筒放置在超声波测距仪正下方的试验台上，所述搅拌器倒置，所述搅拌器搅拌杆部分伸入测量筒内，所述搅拌器基座部分依靠旋紧碟形螺栓固定在夹紧环上。

进一步地，所述搅拌器为涡轮式搅拌器。

进一步地，所述支撑杆上部与转动板通过轴承连接。

进一步地，所述紧固装置与试验台的距离大于测量筒高度。

本发明的另一个目的是提供一种使用上述测量装置的方法，具体测量步骤如下：

步骤一：将一定质量的配置好的水泥浆液倒入测量筒中，将测量筒放置试验台上，拨动转动板的同时调整测量筒位置，使测量筒位于超声波测距仪正下方，将搅拌器搅拌杆部分伸入测量筒内，旋紧碟形螺栓，将搅拌器基座部分固定在夹紧环上；

步骤二：启动搅拌器，将水泥浆液搅拌均匀后，松动碟形螺栓，拨动转动板，取下搅拌器，常温静置24小时，使得测量筒中水与结石体分离；

步骤三：启动超声波测距仪，超声波发射器向测量筒内发射超声波，超声波遇到水面和结石体顶面会发生两次不同的反射，超声波接收器收到反射波后，自动记录发射和接收的时间差，发射遇到水面、接收水面反射波的时间差记为t

水泥浆液的结实率计算公式如下：

式中，S为水泥浆液的结实率，m为水泥浆液的质量，ρ为水的密度，υ为超声波在水中传播的速度，V为水的体积，r为量筒的半径，h为水的高度。

本发明具有的有益效果为：

本发明通过搅拌器搅拌配置好的水泥浆液，可以使水泥与水充分混合，促进水泥和水的充分溶解，提高结实率的测量精度；本发明利用超声波测距仪时间差测距法原理，测量水面和结石体顶面之间的距离，测量精度高，避免了人工测量误差，测量操作简单易行，可以实时获得水泥浆液的结石率；本发明可以对同一水泥浆液进行多次测量操作，得到的水泥浆液的结石率精确度会更高。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明作示意性的说明和解释，并不限于本发明的范围。其中，

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明未放置搅拌器时的结构示意图；

图3为本发明紧固装置的结构示意图；

图4为本发明测量筒内水与结石体分离后的结构示意图；

图中，1.控制系统，2.试验台，3.超声波测距仪，4.搅拌器，5.测量筒，6.支撑杆，7.水，8.结石体，9.转动板，10.紧固装置，101.碟形螺栓，102.夹紧环，103.连接杆。

具体实施方式

下面未述及的相关技术内容均可采用或借鉴现有技术。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

如图1-4所示，该水泥浆液结石率精准测量装置包括控制系统1、试验台2、超声波测距仪3、支撑杆6、转动板9、紧固装置10，所述试验台2顶部一侧固定设置一支撑杆6，所述支撑杆6顶部与转动板9转动连接，所述转动板9为一平板，所述转动板9底面固定安装一超声波测距仪3，所述超声波测距仪3与控制系统1通过数据线连接，所述控制系统1为一电脑，所述支撑杆6上部固定设置一紧固装置10，所述紧固装置10包括碟形螺栓101、夹紧环102、连接杆103，所述连接杆103两端分别与支撑杆6、夹紧环102固定连接，所述夹紧环102为一筒状圆片，所述夹紧环102外侧面设置一碟形螺栓101，所述夹紧环102与碟形螺栓101螺栓连接，所述支撑杆6与试验台2台面垂直，所述夹紧环102圆面、转动板9板面均与试验台2台面平行，该水泥浆液结石率精准测量装置还包括搅拌器4、测量筒5，试验测量时，所述测量筒5放置在超声波测距仪3正下方的试验台2上，所述搅拌器4为涡轮式搅拌器，所述搅拌器4倒置，所述搅拌器4搅拌杆部分伸入测量筒5内，所述搅拌器4基座部分依靠旋紧碟形螺栓101固定在夹紧环102上。

所述支撑杆6上部与转动板9通过轴承连接。所述紧固装置10与试验台2的距离大于测量筒5高度。

本发明具体应用方法如下：

具体测量步骤如下：

步骤一：将质量为m的配置好的水泥浆液倒入测量筒5中，将测量筒5放置试验台2上，拨动转动板9的同时调整测量筒5位置，使测量筒5位于超声波测距仪3正下方，将搅拌器4搅拌杆部分伸入测量筒5内，旋紧碟形螺栓101，将搅拌器4基座部分固定在夹紧环102上；

步骤二：启动搅拌器4，将水泥浆液搅拌均匀后，松动碟形螺栓101，拨动转动板9，取下搅拌器4，常温静置24小时，使得测量筒5中水7与结石体8分离；

步骤三：启动超声波测距仪3，超声波发射器向测量筒5内发射超声波，超声波遇到水7面和结石体8顶面会发生两次不同的反射，超声波接收器收到反射波后，自动记录发射和接收的时间差，发射遇到水7面、接收水7面反射波的时间差记为t

水泥浆液的结实率计算公式如下：

式中，S为水泥浆液的结实率，m为水泥浆液的质量，ρ为水的密度，υ为超声波在水中传播的速度，V为水的体积，r为量筒的半径，h为水的高度，其中，水泥浆液的质量m、量筒的半径r可以测得，水的密度ρ、超声波在水中传播的速度υ是公知数据，这些都能在电脑中设定，因此，只需要超声波测距仪3将记录的t

可根据上述步骤进行多次测量，由多次测量求平均值的方法，得到的水泥浆液的结石率精确度会更高。