CN216117410U - 一种矿用高分子材料温度场测试实验装置 - Google Patents

Abstract

一种矿用高分子材料温度场测试实验装置，包括保温球体、测温点组和底座，保温球体从内到外由钢板内层、石棉隔热板层、钢板外层三部分组成，在保温球体上端设置有上部顶盖，上部顶盖上分别设置有注浆孔、排气孔和导线出口。测温点组包括多个钢筋条和多个测温点，多个钢筋条分别以保温球体的球心为圆心点按设定夹角固定设置在保温球体的钢板内层上，多个测温点分别以球心为中心对称布置在多个钢筋条上，多个测温点的导线分别通过导线出口导出。本实用新型通过多个测温点数据分析可以较好的分析出高分子材料凝固过程中温度场的变化，测绘保温球体内部温度场变化云图，了解高分子材料凝固过程中热量传递特征。

Description

一种矿用高分子材料温度场测试实验装置

技术领域

本实用新型涉及矿用高分子材料温度场测试装置，具体涉及一种考虑近似保温隔热环境下，高分子材料注浆后温度场测试实验装置。

背景技术

煤矿用高分子材料通过压力或化学渗透作用灌入煤岩体裂隙中，能在较短的时间内固结并达到较高的强度，使松散破碎围岩胶结成连续体，近十年来，已在煤矿井下得到广泛应用。其主要用于解决煤岩体地质和结构缺陷，防止冒顶、片帮，提高煤岩体结构整体承载性等，对保障现代化矿井安全、高效生产起到了较好作用。煤矿用高分子材料具有较低的灌注黏度、优良的渗透扩散性、强度增长快速、与煤岩体黏结力高、施工简便等优异特点，与其配套的施工工艺技术也十分简便、快速，对避免煤矿井下复杂地质条件下安全事故的发生，保障高效生产具有良好的针对性。由于煤矿高分子材料在使用时会发生剧烈的化学反应，体积有时会发生几何倍的变化，这就引起了其反应核心温度的升高，升高了煤岩体的温度增加了矿井发生火灾的风险，近年来，随着煤矿用高分子材料技术在煤矿井下大量的推广应用，几乎每年都会发生冒烟和着火等严重灾害，尤其在一些大型煤矿中时常发生，给煤矿安全生产带来较严重的问题，也给该项技术的更好推广和应用带来不利的影响。因此深入开展高分子注浆材料温度场测试研究，研制国内高分子注浆材料温度场测试装置很有必要。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种矿用高分子材料温度场测试实验装置，可实现对井下注入高分子材料后温度场的模拟，确定其温度场分布形式，进而能够深入分析矿用高分子材料物化特性与温度特征。

本实用新型采用的技术方案是：

一种矿用高分子材料温度场测试实验装置，包括保温球体、测温点组和底座，其特征在于所述的保温球体设置在底座上，保温球体从内到外由钢板内层、石棉隔热板层、钢板外层三部分组成，在保温球体上端设置有上部顶盖，上部顶盖与保温球体分别通过外壁上固设的多个相互对应连接的卡扣固定连接。所述的上部顶盖上分别设置有注浆孔、排气孔和导线出口，在注浆孔和排气孔上分别设有密封盖。

所述测温点组包括多个钢筋条和多个测温点，多个钢筋条分别以保温球体的球心为圆心点按设定夹角固定设置在保温球体的钢板内层上，所述的多个测温点分别以球心为中心对称布置在多个钢筋条上，在保温球体的球心处的钢筋安放一个测温点，多个测温点的导线分别通过导线出口导出。

所述的保温球体的内部直径长度R≥0.5m。

所述的石棉隔热板厚度为50mm。

所述的注浆孔的直径为50mm，排气孔的直径为10mm。

所述的多个钢筋条间的夹角为β°(15°≤β≤60°)。

所述保温球体的钢板内层内壁上及多个钢筋条外部均涂设有一层不与矿用高分子材料粘连的油漆层，方便将实验后的高分子材料从保温球体内部取出，为下次实验做准备。

本实用新型的保温球体之所以采用上述三层结构，其目的是为了在地面上营造出等同于井下围岩体的保温隔热环境。

本实用新型由于采取以上技术方案，具有以下优点：1、本实用新型通过在实验保温球体的内部钢板与外部钢板之间加设石棉隔热板，起到保温隔热的作用，同时通过注浆孔向像保温球体内注入适量的破碎煤岩体，能够很好的模拟出井下的真实环境，且操作简单易行。2、测温点组通过对测温点个数、钢筋间的角度和保温球体的直径控制，高分子材料温度场测试实验装置可以实现适应不同的实验条件和实验精度。3、试验保温球体内部的测温点经过合理布置在球体内部的平面上，且从球心点位置向两侧对称排开，这样可以最大限度的发挥出测点的用途，通过测温点数据分析可以较好的分析出高分子材料凝固过程中温度场的变化，测绘保温球体内部温度场变化云图，也可以增加测温点组，测绘保温球体内部温度场变化的立体云图，了解高分子材料凝固过程中热量传递特征。4、考虑到矿用高分子材料混合后会膨胀，保温球体由双层钢板支撑，且保温球体的上部顶盖与下部球体采用卡扣连接，可以防止保温球体变形或破坏，配置保温球体底座，确保保温球体具有良好的稳定性。5、该高分子材料内部是耐高温钢板，并且在钢板的内侧涂抹了一层不与矿用高分子材料粘连的油漆，方便该实验保温球体多次利用，因此，该实验装置具有多次可用性，不易损耗，经济实惠。此外，本实用新型可广泛用于矿井高分子材料燃烧特性的研究当中。

附图说明

图1是本实用新型的一种实施例结构示意图。

具体实施方式

实施例一

矿用高分子注浆材料，其由A、B两种材料组成按1：1比例混合注入破碎煤岩体后能迅速反应并凝固，生成高强度、高韧性的高分子材料，产生加固和封堵效果。为了测试矿用高分子注浆材料反应与凝固过程中内部温度场变化的过程，制作保温球体1内部直径为1m，测温点组的多个钢筋条11夹角为60°。在通过球心处的钢筋条11上设置一个测温点12，然后每根钢筋条11上间隔100mm设置一个测温点12，将测温点12的导线通过导线出口10导出，将保温球体1的上部顶盖6采用卡扣7连接牢固。

计算出矿用高分子材料混合后的膨胀率，预实验的步骤如下：

取定量体积的矿用高分子材料A、B两种组分充分混合，混合后任其膨胀到最大层度，待其胶结后，放入盛满水的桶中浸没，用量筒盛装溢出水，并测出溢出水体积，进而得知高分子材料膨胀后的体积，膨胀后的体积与混合前A、B总体积比即为该高分子材料膨胀率。

之所以这么设计，是因为我们需要使注入的高分子材料在膨胀后体积刚好为上述保温球体1的体积，保证温度场温度变化的准确性。

下一步是正式实验：

(1)通过高分子材料膨胀率取适量的高分子注浆材料，将高分子材料组分A、 B混合；

(2)混合后注入实验保温球体1，待保温球体1内部原有空气被排出以后，在注浆孔8与排气孔9分别插上密封盖，以免漏气；

(2)测绘保温球体1内部温度场变化云图，保温球体1内部的测温点12可以精确的监测出高分子材料内部温度场变化，根据实验要求选定合适的时间间隔，通过测温点12的数据可以测绘出保温球体1内部温度场变化云图。此监测出的温度场分布是以多层球面为基准，由内部中心点开始向外侧延伸，它们的内径分别为200mm、400mm、600mm、800mm、1000mm；

(3)实验完毕整理和清洁矿用高分子材料温度场测试实验装置。

实施例二

为了模拟矿用高分子注浆材料注入破碎煤岩体后的真实性，更加精准的测量矿用高分子注浆材料在破碎煤岩体的温度场变化情况，在实验的过程中适当加入一定量的破碎煤岩体，更好的模拟井下注浆环境，具体实施案例如下：

矿用高分子注浆材料，其由A、B两种材料组成按1：1比例混合注入破碎煤岩体后能迅速反应并凝固，生成高强度、高韧性的高分子材料，产生加固和封堵效果。为了测试矿用高分子注浆材料反应与凝固过程中内部温度场变化的过程，制作保温球体1内部直径为1m，测温点组的多个钢筋条11夹角为60°。在通过球心处的钢筋条11上设置一个测温点12，然后每根钢筋条11上间隔100mm设置一个测温点12，将测温点12的导线通过导线出口10导出，将保温球体1的上部顶盖6采用卡扣7连接牢固。

计算出矿用高分子材料混合后的膨胀率，预实验的步骤如下：

取定量体积的矿用高分子材料A、B两种组分充分混合，混合后任其膨胀到最大层度，待其胶结后，放入盛满水的桶中浸没，用量筒盛装溢出水，并测出溢出水体积，进而得知高分子材料膨胀后的体积，膨胀后的体积与混合前A、B总体积比即为该高分子材料膨胀率。

之所以这么设计，是因为我们需要使注入的高分子材料在膨胀后体积刚好为上述保温球体1的体积，保证温度场温度变化的准确性。

下一步是正式实验：

(1)通过高分子材料膨胀率取适量的高分子注浆材料，同时根据实验要求选取适量破碎煤岩体，破碎煤岩体的最大粒径要小于50mm，以免堵住注浆孔；

(2)将高分子材料组分A、B混合，混合均匀后注入实验保温球体1，待保温球体1内部原有空气被排出以后，在注浆孔8与排气孔9分别插上密封盖，以免漏气；

(3)测绘保温球体1内部温度场变化云图，保温球体1内部的测温点12可以精确的监测出高分子材料内部温度场变化，根据实验要求选定合适的时间间隔，通过测温点12的数据可以测绘出保温球体1内部温度场变化云图。此监测出的温度场分布是以多层球面为基准，由内部中心点开始向外侧延伸，它们的内径分别为200mm、400mm、600mm、800mm、1000mm；

(4)实验完毕整理和清洁矿用高分子材料温度场测试实验装置。

Claims (7)

1.一种矿用高分子材料温度场测试实验装置，包括保温球体(1)、测温点组和底座(2)，其特征在于所述的保温球体(1)设置在底座(2)上，保温球体(1)从内到外由钢板内层(3)、石棉隔热板层(4)、钢板外层(5)三部分组成，在保温球体(1)上端设置有上部顶盖(6)，上部顶盖(6)与保温球体(1)分别通过外壁上固设的多个相互对应连接的卡扣(7)固定连接；所述的上部顶盖(6)上分别设置有注浆孔(8)、排气孔(9)和导线出口(10)，在注浆孔(8)和排气孔(9)上分别扣设有密封盖；

所述测温点组包括多个钢筋条(11)和多个测温点(12)，多个钢筋条(11)分别以保温球体(1)的球心为圆心点按设定夹角固定设置在保温球体(1)的钢板内层(3)上，所述的多个测温点(12)分别以球心为中心对称布置在多个钢筋条(11)上，在保温球体(1)的球心处的钢筋安放一个测温点(12)，多个测温点(12)的导线分别通过导线出口(10)导出。

2.根据权利要求1所述的一种矿用高分子材料温度场测试实验装置，其特征在于所述的保温球体(1)的内部直径长度R≥0.5m。

3.根据权利要求1所述的一种矿用高分子材料温度场测试实验装置，其特征在于所述的石棉隔热板层(4)厚度为50mm。

4.根据权利要求1所述的一种矿用高分子材料温度场测试实验装置，其特征在于所述的注浆孔(8)的直径为50mm，排气孔(9)的直径为10mm。

5.根据权利要求1所述的一种矿用高分子材料温度场测试实验装置，其特征在于所述的多个钢筋条(11)间的夹角为β°(15°≤β≤60°)。

6.根据权利要求1所述的一种矿用高分子材料温度场测试实验装置，其特征在于每个测温点(12)在多个钢筋条(11)上的间隔为100mm。

7.根据权利要求1所述的一种矿用高分子材料温度场测试实验装置，其特征在于所述钢板内层(3)内壁上及多个钢筋条(11)外部均涂设有一层不与矿用高分子材料粘连的油漆层。

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