CN107443541A - 用于制备矿山尾砂充填试块的制模装置及制备试块方法 - Google Patents

用于制备矿山尾砂充填试块的制模装置及制备试块方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及矿山充填体测试装置领域，提供了一种用于制备矿山尾砂充填试块的制模装置及制备试块方法，该装置包括箱形框架、隔离挡板、透水底板、成型模具；箱形框架侧壁可拆卸；箱形框架侧壁设置隔离挡板定位凹槽，底部设置底板插入槽孔和底板定位凹槽；隔离挡板通过隔离挡板定位凹槽与箱形框架可拆卸连接，隔离挡板的底端与透水底板上表面贴合；透水底板通过底板插入槽孔和底板定位凹槽与箱形框架可拆卸连接。本发明最大限度降低充填料浆浇注过程中的人为干扰，提高试块的规整性，试验方法简单，易规范化，有效提高充填试块强度测试的精度，适用各类矿山充填试块的制作，尤其适用于含粗骨料浆、高浓度料浆及不同脱水条件等高要求标准试块的制备。

Description

用于制备矿山尾砂充填试块的制模装置及制备试块方法
技术领域
本发明涉及矿山充填体测试装置领域，特别涉及一种用于制备矿山尾砂充填试块的制模装置及制备试块的方法。
背景技术
使用尾矿充填采空区是一种有效的采场支护方式和尾矿处理方式，既可保证井下作业环境，又解决尾矿占地、地下采空区和地表塌陷的处理问题。在设计充填采矿法时充填体稳定性是最为关键的因素，研究表明充填体强度是决定充填体发挥结构性功能的最重要参数。
充填配比试验确定充填体力学强度是充填作业前的关键环节，充填力学强度则通过充填体试块的强度试验来获得。因此，充填体试块的浇注（制备）、强度测试是充填理论研究和日常工作的主要内容。
当前高浓度、膏体充填是充填技术发展和应用的主流方向，同时，全尾砂充填代替分级尾砂也是技术发展的必然趋势。采用全尾砂充填因其细粒组分较多，造成相同胶凝材料（如：水泥）添加量下充填体强度偏低。为此，往往会尝试添加干抛尾、戈壁集料、棒磨砂等粗骨料改善充填体强度。
对充填体的力学强度试验多参考岩石力学、混凝土水工试验规范和方法，将充填料制成Ф50×100 mm或70.7×70.7×70.7 mm3的充填体标准试块。步骤为：将料浆注入的标准模具中，而后用玻璃棒等工具插捣或振实台上振实，以排出多余的空气。实践证明，对于高浓度充填料浆即便插捣也很难完全排出空气，往往试块表面留有长条状孔隙。因此，试块不规整带来试验结果精度的下降。对于含有粗骨料的充填料浆输运至地下采场后，在无外界干扰下，粗骨料会均匀分布在充填体内，而浇注试块时，由于玻璃棒的上下捣实，粗细骨料必然会向底部运移，造成粗颗粒在充填体试块分布不均，此情况下的强度试验结果也必然会有一定程度的失真。因此，充填料浆浓度高或料浆中添加粗骨料时，现有的试块浇注方法和模具已不能制作满足试验要求的充填体标准试块。与此同时，充填料浆与混凝土存在显著区别，充填料浆水灰比更大，因此，养护过程中存在一定的自由水滤出，现有的试验方法不具备脱水功能或透水能力不可控。造成试件养护的脱水过程充满随机性，带来试验养护条件的差异性，导致试件强度结果的离散性，降低强度试验的可靠性。为此，研制一种用于制备矿山尾砂充填试块的多功能制膜装置，可以最大限度地降低充填料浆浇注过程中人为干扰，提高试块的规整性，试验方法简单且易规范化，有效提高充填试块强度测试的精度。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种用于制备矿山尾砂充填试块的制模装置及制备试块的方法，以解决现有的试块浇注模具和方法制备充填体试块时，由于料浆浓度大或添加粗骨料，制得的试块表面留有长条状孔隙、粗颗粒在充填体试块分布不均，造成试块不规整，从而造成强度试验结果失真，无法满足标准试块的制作要求的技术难题；本发明可以模拟养护过程不同排水条件，提高试件养护条件与采场环境的相似性，试验过程易规范化，提高试验结果的可靠度；同时，还可模拟采场中料浆自由流平后，相对放料口不同位置充填体的强度分布研究。
本发明一种用于制备矿山尾砂充填试块的制模装置，包括箱形框架、隔离挡板、透水底板、成型模具；
所述箱形框架至少1个侧壁可拆卸；所述箱形框架侧壁内侧设置有隔离挡板定位凹槽，所述箱形框架底部设置有底板插入槽孔和底板定位凹槽；所述底板插入槽孔用于实现所述透水底板的拆卸和更换，所述底板定位凹槽用于所述透水底板的定位和固定；
所述隔离挡板通过插入所述隔离挡板定位凹槽实现与所述箱形框架的可拆卸连接，所述隔离挡板的底端与所述透水底板上表面贴合；
所述透水底板通过插入所述底板插入槽孔和所述底板定位凹槽实现与所述箱形框架的可拆卸连接。
进一步的，所述箱形框架的相邻侧壁之间通过直角固定垫片和固定螺栓连接。
进一步的，所述透水底板上设置有透水孔；所述透水孔的大小根据所模拟采场的脱水条件确定。
进一步的，所述透水底板的材质为有机玻璃。
进一步的，所述成型模具的数量为1个或若干个；所述成型模具为金属方管状模具和/或金属圆管状模具；所述成型模具上设置有纵缝，所述纵缝方便成型试块的脱模。
进一步的，所述箱形框架的侧壁上设置有料浆液位刻线。
本发明提供了一种使用上述制模装置制备试块的方法，包括如下步骤：
步骤一、组装制模装置：首先，将透水底板穿过底板插入槽孔沿底板定位凹槽插入箱形框架；其次，为避免充填料浆从所述透水底板的透水孔流出及保证试块底部平整，在所述透水底板表面覆上透水性材料；然后，将隔离挡板沿隔离板定位凹槽插入箱型框架直至与透水底板贴合；最后，检查组件间密封性，防止料浆沿缝隙流出；
步骤二、将制备好的充填料浆一次性倒入组装好的箱型框架内，浇注过程中料浆缓慢均匀的一层一层的倒入，保证充填料浆在箱体内分布均匀；当料浆为矿山尾砂料浆可用刮铲工具辅助流平；若料浆中含有粗骨料则必需“自由流平”，料浆液面高度高于模具1~2cm；
步骤三、料浆流平后，将成型模具竖直、平稳、缓慢地逐个插入料浆，模具潜入料浆液面下1cm后即可，模具在重力作用下自由下沉至底部，为避免模具边缘与粗骨料在底板间发生碰撞而水平晃动，模具与壁面、模具间保持一定安全距离，所述安全距离根据模具规格、粗骨料粒径不同而分别设定；
步骤四、养护24-48h后脱模，具体脱模时间根据胶凝材料性能而定。
进一步的，步骤四中脱模的具体步骤为：首先取下隔离挡板，用刮铲从取下挡板的临空位置逐层向模具方向清理，将成型模具逐个取出；然后将模具上下两端用刮铲抹平，抹平后利用成型模具上的纵缝将试块取出；放入养护架上养护至指定龄期进行强度测试。
进一步的，步骤四中脱模的具体步骤为：取下箱形框架上的固定螺栓，将成型模具逐个取出；然后将成型模具上下两端用刮铲抹平，抹平后利用成型模具上的纵缝将试块取出；放入养护架上养护至指定龄期进行强度测试。
本发明的有益效果为：模具竖直插入料浆中，而非将料浆注入模具内成型；透水底板上预置透水孔，透水孔有不同规格，用于模拟采场不同的脱水条件；使料浆表面高于管状模具，避免低浓度料浆沉降而进行的补浆作业；可避免高浓度料浆注入模具时空气不易排出，以致试块表面及内部留有孔隙；不需要玻璃棒类工具在模具内捣实，避免了含粗骨料料浆捣实过程中粗颗粒向底部运移而分布不均；可以模拟采场中料浆自由流平后，相对放料口不同位置充填体的强度分布研究；本发明方法可以最大限度降低充填料浆浇注过程中的人为干扰，提高试块的规整性，试验方法简单，易规范化，有效提高充填试块强度测试的精度，适用各类矿山充填试块的制作，尤其适用于含粗骨料浆、高浓度料浆及不同脱水条件等高要求标准试块的制备。
附图说明
图1所示为本发明实施例一种用于制备矿山尾砂充填试块的制模装置结构示意图。
图2所示为箱型框架结构示意图。
图3所示为透水底板及隔离底板示意图。
图4所示为成型模具结构示意图。
图5所示为模拟充填强度分布示意图。
其中：1-箱形框架、2-直角固定垫片；3-固定螺栓；4-底板插入槽孔；5-底板定位凹槽；6-隔离挡板定位凹槽；7-料浆液位刻线；8-透水底板；9-透水孔；10-隔离挡板；11-方管状模具；12-方管状模具纵缝；13-圆管状模具；14-圆管状模具纵缝；15-储料漏斗；16-排料管。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
如图1所示，本发明实施例一种用于制备矿山尾砂充填试块的制模装置，包括箱形框架1、隔离挡板10、透水底板8、成型模具（包括方管状模具11、圆管状模具13）；
所述箱形框架1至少1个侧壁可拆卸；所述箱形框架1侧壁内侧设置有隔离挡板定位凹槽6，所述箱形框架1底部设置有底板插入槽孔4和底板定位凹槽5；所述底板插入槽孔4用于实现所述透水底板8的拆卸和更换，所述底板插入槽孔4的长×宽略大于透水底板8的宽×厚，使所述透水底板8方便插入所述箱形框架1内不会自由晃动，同时满足一定的密封性，料浆不会从缝隙流出；所述底板定位凹槽5用于所述透水底板8的定位和固定；
所述隔离挡板10通过插入所述隔离挡板定位凹槽6实现与所述箱形框架1的可拆卸连接，所述隔离挡板10的底端与所述透水底板8上表面贴合，如图3所示；
所述透水底板8通过插入所述底板插入槽孔4和所述底板定位凹槽5实现与所述箱形框架1的可拆卸连接。
如图2所示，优选的，所述箱形框架1的相邻侧壁之间通过直角固定垫片2和固定螺栓3连接，实现所述箱形框架1侧壁的可拆卸；所述箱形框架1的侧壁上可以设置料浆液位刻线7，以方便对于料浆液位的准确控制。
所述透水底板8的材质为有机玻璃；所述透水底板8上设置有透水孔9，透水底板8根据透水孔9的大小具有不同规格，用于模拟采场不同的脱水条件；所述透水孔9的大小根据所模拟采场的脱水条件确定；实际使用中，也可以用透明胶带将透水孔9封堵模拟不脱水条件。
所述成型模具的数量为1个或若干个；所述成型模具为金属方管状模具11和/或金属圆管状模具13，有利于提高试块的规整性，同时金属材质的模具壁面更薄，成型模具插入料浆时对试块的干扰更小；模具规格按相关试验规程试块尺寸要求制作，如：70.7×70.7×70.7mm3，100×100×100mm3等立方体型试块，以及φ50 mm×100mm，φ75 mm×150mm等圆柱型试块；
如图4所示，所述成型模具上设置有纵缝12、14，所述纵缝12、14方便成型试块的脱模；使用过程中，可用两个窄边橡胶膜将模具上下固定，以免模具插入浆体时纵缝撑开。
本发明装置在实际使用中，矿山充填料浆注入组装好的箱型框架1内，隔离挡板10可阻断挡板两边料浆的相互影响，以便灵活控制盛料空间节约用料；待自由流平或辅助整平后将管状模具11、13竖直插入料浆中，而非将料浆直接倒入模具，省去了玻璃棒类工具的插捣环节以及振实台的震实环节，避免了浇筑过程中的人为干扰。模具与模具间保持一定距离，避免相互干扰，标准养护条件下养护24~48h，取下隔离挡板10或箱型框架的可拆卸侧板后拆模。
本发明实施例一种上述制模装置制备试块的方法，包括如下步骤：
步骤一、组装制模装置：首先，将透水底板8穿过底板插入槽孔4沿底板定位凹槽5插入箱形框架1；其次，为避免充填料浆从所述透水底板8的透水孔9流出及保证试块底部平整，在所述透水底板8表面覆上透水性材料；然后，将隔离挡板10沿隔离挡板定位凹槽6插入箱型框架1直至与透水底板8贴合；最后，检查组件间密封性，防止料浆沿缝隙流出；
步骤二、将制备好的充填料浆一次性倒入组装好的箱型框架1内，浇注过程中料浆缓慢均匀的一层一层的倒入，保证充填料浆在箱体内分布均匀；当料浆为矿山尾砂料浆可用刮铲工具辅助流平；若料浆中含有粗骨料则必需“自由流平”，料浆液面高度高于模具1~2cm；
步骤三、料浆流平后，将成型模具竖直、平稳、缓慢地逐个插入料浆，模具潜入料浆液面下1cm后即可，模具在重力作用下自由下沉至底部，为避免模具边缘与粗骨料在底板间发生碰撞而水平晃动，模具与壁面、模具间保持一定安全距离，所述安全距离根据模具规格、粗骨料粒径不同而分别设定；
步骤四、养护24-48h后脱模，具体脱模时间根据胶凝材料性能而定。
实施例1
如图1所示，本实施例用于制作矿山全尾砂高浓度充填试块装置，包括箱型框架1、透水底板8、隔离挡板10和成型模具11。矿山充填料浆注入箱型框架1内，待自由流平或辅助整平后将管状模具11竖直插入料浆中，模具与模具间保持一定距离，避免相互干扰。本发明不需要玻璃棒捣实环节，最大限度降低充填料浆浇注过程中的人为干扰，提高试块的规整性，试验方法简单易规范化，有效提高充填试块强度测试的精度。
本发明实施例的制备试件方法，包括如下步骤：
（1）根据试验方案确定要使用的透水底板8、成型模具的规格和隔离挡板10插放的位置；将箱型框架1、透水底板8、隔离挡板10和成型模具11等组件清洗（理）干净组装，并在成型模具11内部涂覆机油，装置准备好待用；
（2）将各组件组装固定。透水底板8穿过底板插入槽孔4沿底板定位凹槽5插入箱型框架1；而后，为避免充填料浆从透水孔3流出及保证试块底部平整，在透水底板8表面覆上透水性材料（如滤纸）；然后，将隔离挡板10沿隔离挡板定位凹槽6插入箱型框架1直至与透水底板8贴合；检查组件间密封性，防止料浆沿缝隙流出；
（3）将制备好的充填料浆一次性倒入组装好的箱型框架1内，浇注过程中料浆缓慢均匀的一层一层的倒入，保证充填料浆在箱体内分布均匀；料浆为矿山尾砂料浆可用刮铲等工具辅助流平，若料浆中含有粗骨料则必需“自由流平”，料浆液面高度要高于模具1~2cm。
（4）料浆流平后，将成型模具11竖直、平稳、缓慢地逐个插入料浆，模具潜入料浆液面下1cm后即可，模具在重力作用下自由下沉至底部，避免模具边缘与粗骨料在底板间发生碰撞而水平晃动。模具与壁面、模具间保持一定安全距离，安全距离根据模具规格、粗骨料粒径不同而分别设定；
（5）浇注作业在养护室进行，插入模具后，尽量避免移动；若需要移入养护箱时，移动过程要平稳，避免与其他器物发生碰撞而扰动模具；
（6）养护24~48h脱模（具体脱模时间根据胶凝材料性能视情况而定），首先取下隔离挡板10，用刮铲从取下隔离挡板10的临空位置逐层向模具方向清理，将模具11逐个取出，而后将模具11上下两端用刮铲抹平，抹平后利用模具11上的纵缝将试块取出并放入养护架上养护至指定龄期进行强度测试，对试块进行编号并记录试块在箱体内的位置；
（7）将使用过的箱型框架1、透水底板8、隔离挡板10和成型模具11等组件用清水冲洗，定位凹槽及齿合部位重点清理，避免料浆残留其上。
实施例2
如图5所示，本实施例用于模拟矿山全尾砂高浓度（含粗骨料）充填料浆由采场一端自由流平后，距排料口不同位置充填体强度的分布规律研究。装置包括箱型框架1、透水底板8、储料漏斗15、排料管16和成型模具11、13。矿山充填料浆注入储料漏斗15内，由排料管16自由流入箱体。待自由流平后将管状模具11、13竖直插入料浆中，模具与壁面、模具间保持一定距离，避免相互干扰，养护后脱模。每个模具标记好插放位置，养护至制定龄期，测量其抗压强度。本发明不需要玻璃棒捣实环节，避免捣实过程中粗细颗粒的拟向运移，最大限度降低充填料浆浇注过程中的人为干扰，提高试块的规整性；试验方法简单，易规范化，可实现充填料浆流入采场后因沉降、离析等原因造成的强度分布不均问题的研究。
本发明实施例的制备试件方法，包括如下步骤：
（1）根据试验方案确定要使用的透水底板、成型模具11、13的规格和隔离挡板10插放的位置。而后将箱型框架1、透水底板8、隔离挡板10和成型模具11、13等组件清洗（理）干净，并在成型模具11、13内部涂覆机油，装置准备好待用；
（2）将各组件组装固定：透水底板8穿过底板插入槽孔4沿底板定位凹槽5插入箱型框架1；而后，为避免充填料浆从透水孔9流出及保证试块底部平整，在透水底板8表面覆上透水性材料（如滤纸）；然后，将隔离挡板10沿隔离挡板定位凹槽6插入箱型框架1直至与透水底板8贴合；检查组件间密封性，防止料浆沿缝隙流出；
（3）将制备好的充填料浆矿山充填料浆注入储料漏斗15内，由排料管16自由流入箱体；导入过程缓慢均匀，避免对流动料浆的干扰，严格避免辅助流平和捣实。
（4）料浆液面高度要高于模具1~2cm，流平后记录流平参数：料浆液面倾角、平整程度等；
（5）料浆流平后，将成型模具11、13竖直、平稳、缓慢地逐个插入料浆，模具潜入料浆液面下1cm后即可，模具在重力作用下自由下沉至底部，避免模具边缘与粗骨料在底板间发生碰撞而水平晃动。模具与壁面、模具间保持一定安全距离，安全距离根据模具规格、粗骨料粒径不同而分别设定；
（6）浇注作业在养护室进行，插入模具后，尽量避免移动；若需要移入养护箱时，移动过程要平稳，避免与其他器物发生碰撞而扰动模具；
（7）养护24~48h脱模（具体脱模时间根据胶凝材料性能视情况而定），取下箱体固定螺栓3，将模具11、13逐个取出，而后将模具上下两端用刮铲抹平，抹平后利用模具上的纵缝12、14将试块取出并放入养护架上养护至指定龄期进行强度测试，对试块进行编号并记录试块在箱体内的位置。
（8）将使用过的箱型框架1、透水底板8、隔离挡板10和成型模具11、13等组件用清水冲洗，定位凹槽及齿合部位重点清理，避免料浆残留其上。
本发明在装置上与现有技术最大的不同在于“透水底板”的设置，目前能检索的相关专利或试验规范主要针对混凝土，混凝土浓度高（水灰比小）、灰砂比大，脱水作用不明显，甚至还需要洒水养护。而充填体不同，质量浓度要更低（水灰比大），会有明显的泌水行为。目前在充填采矿法应用过程中会设有脱水装置，但还没有针对脱水性能的试验装置。
本发明在方法上与现有技术最大的不同在于“浇筑过程”，目前能检索的专利或是试验规范都是将料浆倒入一个一个的模具中，试验过程中发现诸多弊端。而本发明转换了思路，先把料浆倒如箱型容器内，再将模具一个一个的插入其中，这样更容易规范化，试验效果很明显。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (9)

1.一种用于制备矿山尾砂充填试块的制模装置，其特征在于，包括箱形框架、隔离挡板、透水底板、成型模具；
所述箱形框架至少1个侧壁可拆卸；所述箱形框架侧壁内侧设置有隔离挡板定位凹槽，所述箱形框架底部设置有底板插入槽孔和底板定位凹槽；所述底板插入槽孔用于实现所述透水底板的拆卸和更换，所述底板定位凹槽用于所述透水底板的定位和固定；
所述隔离挡板通过插入所述隔离挡板定位凹槽实现与所述箱形框架的可拆卸连接，所述隔离挡板的底端与所述透水底板上表面贴合；
所述透水底板通过插入所述底板插入槽孔和所述底板定位凹槽实现与所述箱形框架的可拆卸连接。
2.如权利要求1所述的制模装置，其特征在于，所述箱形框架的相邻侧壁之间通过直角固定垫片和固定螺栓连接。
3.如权利要求1所述的制模装置，其特征在于，所述透水底板上设置有透水孔；所述透水孔的大小根据所模拟采场的脱水条件确定。
4.如权利要求3所述的制模装置，其特征在于，所述透水底板的材质为有机玻璃。
5.如权利要求1-4任一项所述的制模装置，其特征在于，所述成型模具的数量为1个或若干个；所述成型模具为金属方管状模具和/或金属圆管状模具；所述成型模具上设置有纵缝，所述纵缝方便成型试块的脱模。
6.如权利要求1-4任一项所述的制模装置，其特征在于，所述箱形框架的侧壁上设置有料浆液位刻线。
7.一种使用如权利要求1-6任一项所述制模装置制备试块的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、组装制模装置：首先，将透水底板穿过底板插入槽孔沿底板定位凹槽插入箱形框架；其次，为避免充填料浆从所述透水底板的透水孔流出及保证试块底部平整，在所述透水底板表面覆上透水性材料；然后，将隔离挡板沿隔离板定位凹槽插入箱型框架直至与透水底板贴合；最后，检查组件间密封性，防止料浆沿缝隙流出；
步骤二、将制备好的充填料浆一次性倒入组装好的箱型框架内，浇注过程中料浆缓慢均匀的一层一层的倒入，保证充填料浆在箱体内分布均匀；当料浆为矿山尾砂料浆可用刮铲工具辅助流平；若料浆中含有粗骨料则必需“自由流平”，料浆液面高度高于模具1~2cm；
步骤三、料浆流平后，将成型模具竖直、平稳、缓慢地逐个插入料浆，模具潜入料浆液面下1cm后即可，模具在重力作用下自由下沉至底部，为避免模具边缘与粗骨料在底板间发生碰撞而水平晃动，模具与壁面、模具间保持一定安全距离，所述安全距离根据模具规格、粗骨料粒径不同而分别设定；
步骤四、养护24-48h后脱模，具体脱模时间根据胶凝材料性能而定。
8.如权利要求7所述的制备试块的方法，其特征在于，步骤四中脱模的具体步骤为：首先取下隔离挡板，用刮铲从取下挡板的临空位置逐层向模具方向清理，将成型模具逐个取出；然后将模具上下两端用刮铲抹平，抹平后利用成型模具上的纵缝将试块取出；放入养护架上养护至指定龄期进行强度测试。
9.如权利要求7所述的制备试块的方法，其特征在于，步骤四中脱模的具体步骤为：取下箱形框架上的固定螺栓，将成型模具逐个取出；然后将成型模具上下两端用刮铲抹平，抹平后利用成型模具上的纵缝将试块取出；放入养护架上养护至指定龄期进行强度测试。
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