矿用充填材料性能检测装置

技术领域

本发明涉及性能测试技术领域，具体涉及矿用充填材料性能检测装置。

背景技术

在金矿开采的生产过程中，为了最大限度地回收在矿洞中有价金属资源，并避免金属矿石损失，一般采用沿空留巷技术，以此来回收在传统采矿方式中保留的保安矿柱，而沿空留巷技术需要沿着采空区的一侧建立充填墙体来支护巷道。

充填墙体的材料一般以无机和有机混合材料为主的填充材料，其通常是以矿渣及活性掺合料作为胶凝材料，金矿浮选尾砂作为骨料，添加多种外加剂配制而成，为了保证充填墙体的性能，还需要对充填材料的性能例如力学性能和密封性等进行检测。

现有技术中，例如公开号为CN116818526A的中国专利申请，公开了一种煤矿井下充填材料力学性能测试装置，包括底板、安装结构、调节结构、夹持结构、升降结构和侧向测试结构，升降结构上端面两侧设置有传动结构，通过夹持结构上的固定结构，在使用中通过固定弹簧伸缩实现限位杆与不同尺寸的检测材料进行限位固定，进而通过限位杆避免在检测时由于横向压力，达到了避免检测时材料倾斜影响检测数据精度。

但是，现有的设备监测方式在对充填材料进行性能检测时，一般通过加压和负载对充填材料进行检测，检测出压力大小以获得充填材料相应的力学性能，但在该种方式检测下未考虑到填充材料所处环境的因素影响，由于矿洞顶板内的成分不尽相同，使得充填材料在与矿洞顶板接触的受力环境也不同，而现有的检测环境单一，难以全面地检测出充填材料在不同顶板下的力学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供矿用充填材料性能检测装置，以解决现有技术中的难以全面地检测出充填材料在不同顶板下的力学性能问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

矿用充填材料性能检测装置，包括基座，所述基座上设置有用于放置待测试材料的承重凵型板，所述基座上纵向滑动连接有活动凵型板，并且所述活动凵型板位于所述承重凵型板的上方，所述基座上安装有用于驱动所述活动凵型板纵向滑动的第一液压杆，所述第一液压杆通过驱动所述活动凵型板下滑挤压所述承重凵型板上放置的待测试材料，所述承重凵型板上设有用于模拟各测试环境的支撑测试机构，所述活动凵型板上设有用于检测密封性的密封测试机构；

所述支撑测试机构包括轨道组件、安装板组件、第二液压杆和测试件安装组件，所述轨道组件设置在所述承重凵型板的底端，所述安装板组件横向滑动连接在所述轨道组件上，所述第二液压杆安装在所述基座上用于支撑所述安装板组件的底端，所述安装板组件能够上升至所述安装板组件的上表面与所述承重凵型板的上表面齐平，所述测试件安装组件的数量为多个均设置在所述安装板组件上。

作为本发明的一种优选方案，所述轨道组件包括固定在所述承重凵型板底端的多个轨道柱，多个所述轨道柱均匀分布在所述承重凵型板凵型内沿的两侧，位于同一侧的多个所述轨道柱共同连接有活动轨道，所述活动轨道能够同步在多个所述轨道柱上纵向滑动，两个所述活动轨道共同连接有用于连接所述第二液压杆输出轴的第一连接架，两个所述活动轨道的端部均设有第一磁铁。

作为本发明的一种优选方案，所述安装板组件包括滑动连接在两个所述活动轨道之间的活动安装板，所述活动安装板上设有分别与两个所述第一磁铁匹配的两个第二磁铁，所述活动安装板上设有多个用于安装所述测试件安装组件的安装槽。

作为本发明的一种优选方案，所述测试件安装组件包括用于放置环境模拟件的测试件放置盒，所述测试件放置盒的底端设有上滑板，所述上滑板的底端设有用于弹性支撑的第一弹簧，所述第一弹簧的底端设有用于支撑所述第一弹簧的压力传感器，所述压力传感器的底端设有下滑板，所述下滑板的底端固定连接有螺杆，所述螺杆上通过螺纹套接有螺纹套筒，所述螺纹套筒的底端固定连接有步进电机的输出端，所述步进电机上通过设有第二连接架与所述活动安装板的底端固定连接；

其中，所述测试件放置盒、所述上滑板和所述下滑板均能够沿所述安装槽的内侧纵向滑动。

作为本发明的一种优选方案，所述密封测试机构包括连接板、压力测试管组件、第二弹簧和密闭接口机构，所述连接板设置在所述活动凵型板上，所述压力测试管组件滑动连接在所述连接板上，所述第二弹簧设置在所述连接板上用于弹性支持所述压力测试管组件，所述密闭接口机构设置在所述压力测试管组件底端。

作为本发明的一种优选方案，所述压力测试管组件包括纵向穿过所述连接板的储液管，所述储液管的底端设有螺纹连接头，所述储液管的顶端通过设有注水接头并与外置水源连接，所述储液管的顶端通过设有空气接头并外置气源连接，所述储液管上设有用于检测所述储液管内部压强的压强传感器，所述储液管外侧设有限位件。

作为本发明的一种优选方案，所述密闭接口机构包括与所述螺纹连接头连接的固定漏斗，所述固定漏斗上活动套设有活动漏斗，所述固定漏斗上位于所述活动漏斗的上方套设有第三弹簧，所述第三弹簧的顶端与所述储液管的底端接触，所述固定漏斗的底端设有第一橡胶圈，所述活动漏斗的底端设有第二橡胶圈；

所述活动漏斗能够沿所述固定漏斗纵向滑动，并且所述活动漏斗在所述固定漏斗上处于最低位置时所述第二橡胶圈的高度低于所述第一橡胶圈。

作为本发明的一种优选方案，所述第二弹簧的顶端与所述连接板的底端接触，所述第二弹簧的底端与所述固定漏斗的顶端接触。

本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

（1）本发明通过在用于放置填充材料的承重凵型板上设置支撑测试机构，且支撑测试机构上可以安装有多个模拟各环境的测试件，当活动凵型板向下挤压填充材料时，多个模拟各环境的测试件在压力的作用下在填充材料表面留下不同的痕迹，便于得出填充材料在相应的环境中承受压力的各项数据。

（2）本发明通过在放置多个模拟各环境的测试件的下方设置压力传感器用于检测测试件所受到的压力，并在压力传感器和测试件之间通过设有第一弹簧进行弹性支撑，当填充材料整体受到挤压导致个别测试件所受压力大于其他测试件时可通过压缩第一弹簧减小所受到的压力，若测试件施加在填充材料上的压力未达到所需的最低压力阈值，则可以通过升高压力传感器的高度使得第一弹簧从底端被压缩，从而对上方的测试件施加更大的压力，使得多个模拟各环境的测试件在测试过程中能够保持相对同等的压力。

（3）本发明通过在用于下压填充材料的活动凵型板上设置密封测试机构，当活动凵型板向下挤压填充材料时，密封测试机构会在填充材料表面形成一个相对密闭的空间，通过向该密闭空间内注水以及空气加压，通过放置指定时间观察渗水量得出填充材料的密封性能数据。

附图说明

图1为本发明整体的结构示意图。

图2为本发明密封测试机构的正面剖视图。

图3为本发明支撑测试机构的底部结构示意图。

图4为本发明测试件安装组件的局部剖视图。

附图标记：

1、基座；2、承重凵型板；3、活动凵型板；4、第一液压杆；5、支撑测试机构；6、密封测试机构；

51、轨道组件；52、安装板组件；53、第二液压杆；54、测试件安装组件；

511、轨道柱；512、活动轨道；513、第一连接架；514、第一磁铁；

521、活动安装板；522、第二磁铁；523、安装槽；

541、测试件放置盒；542、上滑板；543、第一弹簧；544、压力传感器；545、下滑板；546、螺杆；547、步进电机；548、第二连接架；549、螺纹套筒；

61、连接板；62、压力测试管组件；63、第二弹簧；64、密闭接口机构；

621、储液管；622、螺纹连接头；623、注水接头；624、空气接头；625、压强传感器；626、限位件；641、固定漏斗；642、活动漏斗；643、第三弹簧；644、第一橡胶圈；645、第二橡胶圈。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

下面结合图1至图4所示，本发明实施例提供了矿用充填材料性能检测装置，包括基座1，基座1上设置有用于放置待测试材料的承重凵型板2，基座1上纵向滑动连接有活动凵型板3，并且活动凵型板3位于承重凵型板2的上方，基座1上安装有用于驱动活动凵型板3纵向滑动的第一液压杆4，第一液压杆4通过驱动活动凵型板3下滑挤压承重凵型板2上放置的待测试材料，承重凵型板2上设有用于模拟各测试环境的支撑测试机构5，活动凵型板3上设有用于检测密封性的密封测试机构6。

支撑测试机构5包括轨道组件51、安装板组件52、第二液压杆53和测试件安装组件54，轨道组件51设置在承重凵型板2的底端，安装板组件52横向滑动连接在轨道组件51上，第二液压杆53安装在基座1上用于支撑安装板组件52的底端，安装板组件52能够上升至安装板组件52的上表面与承重凵型板2的上表面齐平，测试件安装组件54的数量为多个均设置在安装板组件52上。

本发明通过在用于放置填充材料的承重凵型板2上设置支撑测试机构5，且支撑测试机构5上可以安装有多个模拟各环境的测试件，当活动凵型板3向下挤压填充材料时，多个模拟各环境的测试件会在压力的作用下在填充材料表面留下不同的痕迹，便于得出填充材料在相应的环境中承受压力的各项数据。

本发明通过在放置多个模拟各环境的测试件的下方设置压力传感器544用于检测测试件所受到的压力，并在压力传感器544和测试件之间通过设有第一弹簧543进行弹性支撑，当填充材料整体受到挤压导致个别测试件所受压力大于其他测试件时可通过压缩第一弹簧543减小所受到的压力，若测试件施加在填充材料上的压力未达到所需的最低压力阈值，则可以通过升高压力传感器544的高度使得第一弹簧543从底端被压缩，从而对上方的测试件施加更大的压力，使得多个模拟各环境的测试件在测试过程中能够保持相对同等的压力。

其中，轨道组件51包括固定在承重凵型板2底端的多个轨道柱511，多个轨道柱511均匀分布在承重凵型板2凵型内沿的两侧，位于同一侧的多个轨道柱511共同连接有活动轨道512，活动轨道512能够同步在多个轨道柱511上纵向滑动，两个活动轨道512共同连接有用于连接第二液压杆53输出轴的第一连接架513，两个活动轨道512的端部均设有第一磁铁514。

安装板组件52包括滑动连接在两个活动轨道512之间的活动安装板521，活动安装板521上设有分别与两个第一磁铁514匹配的两个第二磁铁522，活动安装板521上设有多个用于安装测试件安装组件54的安装槽523。

测试件安装组件54包括用于放置环境模拟件的测试件放置盒541，测试件放置盒541的底端设有上滑板542，上滑板542的底端设有用于弹性支撑的第一弹簧543，第一弹簧543的底端设有用于支撑第一弹簧543的压力传感器544，压力传感器544的底端设有下滑板545，下滑板545的底端固定连接有螺杆546，螺杆546上通过螺纹套接有螺纹套筒549，螺纹套筒549的底端固定连接有步进电机547的输出端，步进电机547上通过设有第二连接架548与活动安装板521的底端固定连接；

其中，测试件放置盒541、上滑板542和下滑板545均能够沿安装槽523的内侧纵向滑动。

本实施例中的多个压力传感器544和多个步进电机547皆由常规的PLC控制器进行控制。

在放置填充材料前，需要先加工出该填充材料所需测试的各环境模拟测试片，将各测试片放置在多个测试件安装组件54的测试件放置盒541中，并将各承载有测试件的测试件放置盒541分别放入活动安装板521上多个安装槽523中。

在将各测试件放置完毕后，将活动安装板521向承重凵型板2的凵型结构内侧推入，此时活动安装板521通过两侧在两个活动轨道512内滑动进行横向移动，直至活动安装板521上设置的两个第二磁铁522与两个活动轨道512端部设置的第一磁铁514吸附，此时活动安装板521位于承重凵型板2的凵型结构正下方，通过控制第二液压杆53伸出，连同第一连接架513和两个活动轨道512在多个轨道柱511的限制下上升，直至两个活动轨道512与承重凵型板2的底端接触，此时活动安装板521处于最高位置且与承重凵型板2的上表面齐平。

在将填充材料放置在承重凵型板2上时，填充材料的底端会先与活动安装板521上的多个测试件接触，由于测试件为模拟填充材料可能所在的环境加工而成，会包含有不同种类的矿物、金属等物质，因此测试件的物理性能和形状会有所不同，因此形状较为凸出的测试件会先与填充材料接触，且在填充材料放置后和后续的挤压中也会承受相对其他测试件更大的压力，另外，一些形状较为凹陷的测试件对填充材料施加压力可能会低于测试件施加在填充材料上所需要达到的最低压力阈值，导致测试结果不准确，因此通过承载测试件的测试件放置盒541下方的上滑板542、第一弹簧543、压力传感器544、下滑板545、螺杆546、步进电机547、第二连接架548和螺纹套筒549支撑，保障各测试件施加在填充材料上的压力保持相对一致。

当形状凸出的测试件被过度挤压时，此时该测试件所受到的压力大于第一弹簧543的最大弹性支撑力，会导致第一弹簧543被压缩，上滑板542和测试件放置盒541会连同该测试件向对应的安装槽523内下降，同时被压缩的第一弹簧543会将压力施加在压力传感器544上，压力传感器544将检测到的压力信号传输至PLC控制器，由PLC控制器判断出压力变化超过该压力传感器544的设定阈值，此时由PLC控制器控制该压力传感器544正下方的步进电机547定量输出，通过步进电机547输出端上连接的螺纹套筒549定量转动，使得与之通过螺纹连接的螺杆546、下滑板545和压力传感器544定量下降，使得第一弹簧543被定量释放弹力，直至该压力传感器544传输的压力信号被PLC控制器检测为传输的压力信号数值在该压力传感器544的设定压力阈值内，则控制该步进电机547停止；反之，若测试片形状凹陷导致与填充材料的压力无法达到对应压力传感器544设定的阈值，则由PLC控制器控制对应的步进电机547，使得对应的第一弹簧543从底端被压缩，保障形状凹陷的测试片能够以相对一致的压力测试填充材料。

当测试填充材料结束后，通过控制第二液压杆53的输出端缩回，使得活动安装板521的高度下降，此时填充材料完全由承重凵型板2支撑，可以将活动安装板521沿两个活动轨道512拉出，便于取出和更换测试件。

密封测试机构6包括连接板61、压力测试管组件62、第二弹簧63和密闭接口机构64，连接板61设置在活动凵型板3上，压力测试管组件62滑动连接在连接板61上，第二弹簧63设置在连接板61上用于弹性支持压力测试管组件62，密闭接口机构64设置在压力测试管组件62底端。

本发明通过在用于下压填充材料的活动凵型板3上设置密封测试机构6，当活动凵型板3向下挤压填充材料时，密封测试机构6会在填充材料表面形成一个相对密闭的空间，通过向该密闭空间内注水以及空气加压，通过观察储液管621内的液体渗出量得出填充材料的密封性能数据。

其中，压力测试管组件62包括纵向穿过连接板61的储液管621，储液管621的底端设有螺纹连接头622，储液管621的顶端通过设有注水接头623与外置水源连接，储液管621的顶端通过设有空气接头624与外置气源连接，储液管621上设有用于检测储液管621内部压强的压强传感器625，储液管621外侧设有限位件626。

密闭接口机构64包括与螺纹连接头622连接的固定漏斗641，固定漏斗641上活动套设有活动漏斗642，固定漏斗641上位于活动漏斗642的上方套设有第三弹簧643，第三弹簧643的顶端与储液管621的底端接触，固定漏斗641的底端设有第一橡胶圈644，活动漏斗642的底端设有第二橡胶圈645；

活动漏斗642能够沿固定漏斗641纵向滑动，并且活动漏斗642在固定漏斗641上处于最低位置时第二橡胶圈645的高度低于第一橡胶圈644。

第二弹簧63的顶端与连接板61的底端接触，第二弹簧63的底端与固定漏斗641的顶端接触。

在对填充材料进行挤压测试前，需要保障在放置的填充材料顶端位于密封测试机构6的正下方区域为相对平整的表面，在对填充材料进行挤压测试时，需要控制第一液压杆4的伸缩端伸出，使得活动凵型板3沿基座1的内侧下滑直至与填充材料的顶端接触，在活动凵型板3与填充材料接触前，先由密闭接口机构64的活动漏斗642与填充材料接触，随着密闭接口机构64的持续下降，活动漏斗642的顶端会挤压第三弹簧643并沿固定漏斗641上滑，直至固定漏斗641的底端与填充材料接触，此时固定漏斗641的底端与填充材料接触并通过第一橡胶圈644在填充材料表面形成一个密闭空间，活动漏斗642的底端与填充材料接触并通过第二橡胶圈645在固定漏斗641的外侧在填充材料表面形成一个外层的环状密闭空间。

随着活动凵型板3的持续下降，固定漏斗641的顶端会挤压第二弹簧63，由被挤压的第二弹簧63向固定漏斗641提供更强的支撑力，直至活动凵型板3的底端与填充材料接触，此时密封测试机构6与填充材料接触完毕，通过注水接头623向储液管621内注入定量的液体，若填充材料为井下等高压的环境，还可以通过空气接头624向储液管621内泵入压缩空气，通过压强传感器625进行监测，使储液管621内达到指定的压强，随后将密封测试机构6静置在填充材料上指定时间段后，通过观察储液管621内液体的流失量，得出填充材料的密封性能数据。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。