一种采场充填体强度现场快速检测方法与流程

1.本发明涉及充填采矿技术领域，特别涉及一种采场充填体强度现场快速检测方法。


背景技术：

2.充填体安全性影响着矿山安全生产，其强度检测是对充填体安全性研究的基础。地下开采中，随着地下开采的深入，地应力逐渐增加，因此对充填体强度要求进一步增加。但由于充填过程的时间差异、充填料浆的沉淀和水泥离析导致充填体强度差异化。此外，充填体强度评估从取芯到实验室强度监测中间产生时间间隔，影响了充填体安全性评价的准确性。保证充填体强度的准确性，研究整个矿房充填体强度的空间规律，对地下采矿安全性评估具有重要意义。
3.目前，为进行充填体强度监测和安全性评估，主要是采用便携式背包钻机取芯，在实验室进行强度检测或者制作与充填体配比相同的标准试件进行养护进行强度检测。前者在取芯后试验中间形成时间差，数据准确性受到影响，且从矿房运到实验室耗时费力，降低了施工效率；且前者需要足够的空间，需要外接电源或者风管施工往往堵塞巷道，可能会影响矿山的正常生产；后者养护行为能在一定程度上反应充填体基本性质，但环境太过理想，缺乏真实环境依托，只能进行理论上的研究，难以为工程实践提供确切的依据。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种采场充填体强度现场快速检测方法，以解决现有的充填体强度检测中，在实验室进行强度检测，造成充填体运输时间导致数据差异、充填体运输消耗劳动力和降低施工效率的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
6.一种采场充填体强度现场快速检测方法，包括：
7.s1，根据待制备试件的尺寸选取便携式背包钻机并制作模具；其中，所述模具为两端开口的筒型结构，用于对所述便携式背包钻机的取芯样品进行固定；
8.s2，利用所述便携式背包钻机对待检测的充填矿房的充填体进行取芯操作，得到所述充填体的取芯样品；其中，所述取芯样品的长度大于所述模具的长度；
9.s3，将所述模具套设在所述取芯样品外侧，以对所述取芯样品进行固定，然后对所述取芯样品进行截取并对截取的部分进行打磨，得到预设尺寸的试件；
10.s4，对所述试件的外形尺寸进行测量，并采用压力传感器和液压装置对所述试件进行现场强度检测，获取当前试件所对应的取芯处填充体的充填体数据；其中，所述充填体数据包括试件的外形尺寸数据和单轴强度数据；
11.s5，更换取芯位置，重复s2至s4，得到不同位置和深度的充填体对应的填充体数据，并对得到的充填体数据进行统计分析，得出充填矿房的强度规律。
12.进一步地，所述模具包括第一壳体和第二壳体；其中，所述第一壳体与所述第二壳
体可拆卸地扣合在一起，组成具有内腔且两端开口的圆筒型结构。
13.进一步地，对所述取芯样品进行截取并对截取的部分进行打磨，包括：
14.采用钢锯对固定好的取芯样品进行预切割，截取预设长度的样品；
15.采用美工刀对截取的取芯样品进行修平；
16.采用砂纸对修平后的取芯样品进行端部打磨。
17.进一步地，所述砂纸的型号为2000#。
18.进一步地，对所述试件的外形尺寸进行测量，包括：
19.通过游标卡尺对所述试件的外形尺寸进行测量。
20.进一步地，采用压力传感器和液压装置对试件进行现场强度检测，包括：
21.在井下采用压力传感器和液压装置组成便携式单轴试验机，利用所述便携式单轴试验机对所述试件进行现场强度检测；其中，所述便携式单轴试验机包括支架，所述支架的底部设置有液压装置，所述支架的顶部设置有压力传感器；所述液压装置与所述压力传感器在竖直方向上相对设置，且所述液压装置与所述压力传感器之间，在竖直方向上预留有与待检测强度试件的尺寸适配的距离。
22.进一步地，所述压力传感器的测量结果采用数字显示器直接读取。
23.进一步地，不同位置的填充体数据包括：相同充填矿房横截面的不同位置的填充体所对应的填充体数据和不同充填矿房的填充体所对应的填充体数据。
24.进一步地，不同深度的填充体数据的获取方式，包括：
25.对同一位置的填充体按照不同深度每隔0.5m取3个试样进行检测，以得到不同深度的填充体数据。
26.进一步地，所述对得到的充填体数据进行统计分析，得出充填矿房的强度规律，包括：
27.对得到的充填体数据进行统计分析，得出相同矿房充填体强度的空间分布规律和不同充填矿房在整个矿山的强度分布规律。
28.本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
29.本发明采用压力传感器和液压装置组建便携式单轴试验装置对充填矿房现场取芯进行强度检测，采用便携式背包钻机对充填矿房不同位置和深度分别取芯，进行统计分析得出相同矿房充填体强度的空间规律和不同矿房的强度规律，将现场取芯、强度测试和规律分析有机结合，进一步对矿山充填体安全性进行整体评估，推动矿山安全评估和风险识别。
30.本发明的方法克服了传统方法对于充填体强度评估的时间差导致的强度误差、传统大型钻机搬运繁琐且占据空间大、人工制作充填体配比试件养护与矿山环境差异和取芯运输耗时费力等缺点，本发明采用现场取芯、制作试件和现场强度检测，能够在一定程度上避免误差，降低劳动力，实时对矿山充填体进行强度规律分析，提高充填体强度检测效率；本发明所有设备均为小型设备组装的便携式设备，可人工携带至大型钻机无法抵达的矿区进行取样，采用机油与汽油混合作为能源，无需额外电力、风管供应且占据空间小。本发明对充填采矿安全性校核具有推进作用，对矿山安全高效生产具有指导意义。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明实施例提供的采场充填体强度现场快速检测方法流程示意图；
33.图2为本发明实施例提供的标准试件制作过程示意图；
34.图3为本发明实施例提供的充填体强度测试示意图；
35.图4为本发明实施例提供的单矿房取芯分布的主视图；
36.图5为图4中a
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a向的剖视图。
37.附图标记说明：
38.1、钢锯；2、模具；3、取芯样品；4、美工刀；5、砂纸；6、试件；
39.7、压力传感器；8、液压装置；9、支架；10、泄压阀；11、加压手柄。
具体实施方式
40.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
41.针对充填体强度检测研究手段滞后，传统取芯繁琐且劳动强度高，无法对现场取芯及时进行强度测试、试样运输耗时费力等问题，本实施例提供一种采场充填体强度现场快速检测方法，包括便携式背包钻机选取和模具制作、采用便携式背包钻机快速取芯、标准充填体试件的制作、标准充填体试件现场强度检测、对不同位置和深度充填体强度分析五部分。具体地，如图1所示，本实施例提供的采场充填体强度现场快速检测方法的执行流程包括以下步骤：
42.s1，根据待制备试件的尺寸选取便携式背包钻机并制作模具；其中，所述模具为两端开口的筒型结构，用于对所述便携式背包钻机的取芯样品进行固定；
43.需要说明的是，本实施例欲制备的标准试件尺寸为50
×
100mm的圆柱型试件。所选取的便携式背包钻机的内径稍大于标准试件尺寸，以保证取芯得到的充填体芯直径和标准试件尺寸一致；其中，便携式背包钻机的钻杆由多节钻杆拼接完成，每节长0.5m，便于拆卸或更换，以增加钻孔取芯的灵活性。便携式背包钻机可人工携带至大型钻机无法抵达的矿区进行取样；其采用机油与汽油混合作为能源，无需额外电力风管供应且占据空间小。所述模具为可拆卸的两部分组成，方便制作充填体试件时候拆卸，其内腔形状与尺寸与标准试件一致。
44.具体地，所述模具包括第一壳体和第二壳体；其中，所述第一壳体与所述第二壳体可拆卸地扣合在一起，组成具有内腔且两端开口的圆筒型结构。
45.s2，利用所述便携式背包钻机对待检测的充填矿房的充填体进行取芯操作，得到所述充填体的取芯样品；其中，所述取芯样品的长度大于所述模具的长度；
46.需要说明的是，在本实施例中，所述便携式背包钻机取芯是水平向取芯，尽量避免倾斜导致充填体强度误差。
47.s3，将所述模具套设在所述取芯样品外侧，以对所述取芯样品进行固定，然后对所
述取芯样品进行截取并对截取的部分进行打磨，得到预设尺寸的试件；
48.需要说明的是，在本实施例中，试件的制备过程具体如图2所示，包括：
49.首先，使用钢锯1对通过模具2固定好的取芯样品3进行预切割，截取预设长度的样品；
50.然后，采用美工刀4对截取的样品进行修平，修整尺寸到标准试件大小；
51.最后，采用砂纸5将修平后的样品的端部打磨至光滑，避免压缩过程中因两端不平整导致充填体强度评估误差，最终得到成型的试件6；其中，采用的砂纸5的型号最好为2000#，以减小由于砂纸太过粗糙对充填体试件造成的损伤。
52.s4，对试件6的外形尺寸进行测量，并采用压力传感器和液压装置对所述试件6进行现场强度检测，获取当前试件6所对应的取芯处填充体的充填体数据；其中，所述充填体数据包括试件6的外形尺寸数据和单轴强度数据；
53.需要说明的是，在本实施例中，对所述试件6的外形尺寸进行测量具体为：通过游标卡尺对所述试件6的外形尺寸进行测量，得到其径向及轴向尺寸。
54.采用压力传感器和液压装置对试件进行现场强度检测的方式如图3所示，具体为：在井下采用压力传感器7和液压装置8组成便携式单轴试验机，利用便携式单轴试验机对所述试件6进行现场强度检测；其中，所述便携式单轴试验机包括支架9，所述支架9的底部设置有液压装置8，液压装置8带有泄压阀 10和加压手柄11，所述支架9的顶部设置有压力传感器7；所述液压装置8与所述压力传感器7在竖直方向上相对设置，且所述液压装置8与所述压力传感器7之间，在竖直方向上预留有与试件6的尺寸适配的距离。
55.其中，所述压力传感器7的量程应大于充填体试件强度，其压力测量结果可以采用数字显示器直接进行读数，以方便快速获取相关试件的强度参数，且本实施例所采用的数字显示器通过可充电电池供电，可长期使用。现场强度检测是采用液压装置8手动加压，因此压缩过程应尽量控制压缩速度恒定，以尽量保证准静态压缩(压力稳定增加)，避免形成冲击载荷对强度评估造成误差。
56.s5，更换取芯位置，重复s2至s4，得到不同位置和深度的充填体对应的填充体数据，并对得到的充填体数据进行统计分析，得出充填矿房的强度规律。
57.需要说明的是，上述步骤取芯不同位置和深度充填矿房，是对整个充填矿房进行全面的安全性评估，研究充填结构差异。
58.上述不同位置包括相同充填矿房横截面的不同位置和不同充填矿房的位置；而上述不同深度则是按照每隔0.5m取芯3个，进行记录；最终分析得出的强度规律包括相同充填体在矿房中的强度空间分布规律和不同充填矿房在整个矿山的强度分布规律；其中，单充填矿房取芯分布图如图4和图5所示。
59.具体流程如下：
60.1)根据标准试件尺寸选取便携式背包钻机并制作模具。
61.2)将钻头安装在便携式背包钻机上，对充填矿房指定位置进行钻孔，拼接便携式背包钻机，从而取不同深度的充填体试样。
62.3)采用模具固定试样，用钢锯和美工刀进行充填体标准试件制作，并用砂纸修整光滑，得到标准试件。
63.4)采用压力传感器和液压装置制作便携式单轴试验机，对试件进行压缩并记录强
度数据。
64.5)更换取芯位置，重复2)、3)、4)步骤，探究不同位置和深度充填体强度关系。
65.6)对不同充填矿房进行取芯压缩，探究整个矿山充填矿房强度空间规律。
66.综上，本实施例针对现有的充填体强度检测过程中，充填体强度评估的时间差导致的强度误差、人工制作充填体配比试件养护与矿山环境差异和取芯运输耗时费力等缺点，采用现场取芯、制作试件和现场压缩的方式，能够在一定程度上避免误差，降低劳动力，所用的便携式背包钻机不受空间、风管和电缆的影响，减少了取芯和强度检测时间，确保了井下充填矿房强度的真实性且提高了检测效率；所用设备均为小型装置组装，十分便携，可减小矿山充填体岩芯运输过程中工作量，节约劳动力和成本。本方法实施过程简单方便，能够在矿山进行普及，实时对矿山充填体进行强度规律分析，为充填体安全性评估进行指导，对充填采矿安全性校核具有推进作用，对矿山安全生产具有指导意义。
67.此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
68.最后需要说明的是，以上所述是本发明优选实施方式，应当指出，尽管已描述了本发明优选实施例，但对于本技术领域的技术人员来说，一旦得知了本发明的基本创造性概念，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。