權(quán)利要求

1.礦山微生物礦化充填材料制備系統(tǒng)，其特征是，包括放置于通風(fēng)櫥中的：

人工取-注液系統(tǒng)，用于吸取、轉(zhuǎn)移灌注液：使用手持塑料無針頭注射器通過橡膠軟管從容量瓶中吸取灌注液，再灌注入泵送瓶中，所述灌注液為礦化液；

多通道礦化液灌注系統(tǒng)，用于向材料浸泡-養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)中的多試件對應(yīng)泵送灌注液：通過蠕動泵提供灌注動力，蠕動泵的泵管兩端分別一一對應(yīng)連接人工取-注液系統(tǒng)中的泵送瓶與材料浸泡-養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)中的多試件，泵送瓶中的灌注液對應(yīng)泵送至多試件中；

材料浸泡-養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)，用于微生物礦化充填材料強(qiáng)度的強(qiáng)化：包括一內(nèi)置塑料盆的恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱，塑料盆中盛有灌注液積液和浸于其中的多試件，所述灌注液積液為日常灌注后流出的灌注液。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦山微生物礦化充填材料制備系統(tǒng)，其特征是，所述塑料盆中灌注液積液與多試件高度保持持平。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦山微生物礦化充填材料制備系統(tǒng)，其特征是，所述灌注液分別為礦化液A和礦化液B，所述礦化液A為巴氏芽孢桿菌溶液，所述礦化液B為新鮮配制的0.5M CaCl2-Urea溶液。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦山微生物礦化充填材料制備系統(tǒng)，其特征是，所述巴氏芽孢桿菌溶液由馴化得到的耐高濃度尿素和煤矸石浸出液巴氏芽孢桿菌在液體培養(yǎng)基中溶解形成，所述高濃度尿素為0.5～1.5mol/L，所述液體培養(yǎng)基由包括5‰蛋白胨、3‰牛肉膏在內(nèi)的基質(zhì)溶解在煤矸石浸出液中組成。

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的礦山微生物礦化充填材料制備系統(tǒng)，其特征是，所述巴氏芽孢桿菌溶液中芽孢桿菌的濃度為2.0×1010cfu/ml。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦山微生物礦化充填材料制備系統(tǒng)，其特征是，所述人工取-注液系統(tǒng)的容器為盛裝礦化液B的1L絲口瓶和盛裝礦化液A的500ml錐形瓶；所述泵送瓶為50ml絲口瓶；

所述手持塑料無針頭注射器通過20cm橡膠軟管分別吸取錐形瓶和絲口瓶中的灌注液灌注入50ml絲口瓶中進(jìn)行分裝，分裝后與蠕動泵的泵管連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦山微生物礦化充填材料制備系統(tǒng)，其特征是，所述多通道礦化液灌注系統(tǒng)，包括一個蠕動泵、多通道泵頭及對應(yīng)的多套泵管，相對應(yīng)的每組試件個數(shù)不超過泵頭通道數(shù)，設(shè)置一個或多個試件組，每個試件的狀態(tài)相互獨(dú)立。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦山微生物礦化充填材料制備系統(tǒng)，其特征是，所述多通道礦化液灌注系統(tǒng)還包括一個單泵頭蠕動泵，設(shè)置在恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱外部，通過泵管與材料浸泡-養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)中的塑料盆連接，用于在塑料盆中灌注液積液液面高于試件高度時抽走多余灌注液積液，使塑料盆中灌注液積液與試件高度保持持平。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦山微生物礦化充填材料制備系統(tǒng)，其特征是，所述恒溫養(yǎng)護(hù)箱保持30℃，相對濕度92％。

10.礦山微生物礦化充填材料制備系統(tǒng)的使用方法，其特征是，包括以下步驟：

1)手持無針頭注射器通過橡膠軟管從1L絲口瓶中吸取50ml礦化液B，分別注入到n個50ml絲口瓶中；設(shè)定好蠕動泵的泵送速度再開啟蠕動泵，使50ml絲口瓶中的礦化液B以恒定的速度泵送至n個第一組試件中，待礦化液B泵送完畢后，關(guān)閉蠕動泵；

2)將連接第一組試件的泵管移入第二組試件中，用上述同樣的方法吸取50ml礦化液B分別泵送到n個第二組試件中，關(guān)閉蠕動泵；

3)一個小時后，將連接第二組試件的泵管移入第一組試件中；手持無針頭注射器從500ml錐形瓶中吸取50ml礦化液A，分別注入到n個50ml絲口瓶中；開啟蠕動泵，使50ml絲口瓶中的礦化液A以恒定的速度泵送到n個第一組試件中，待礦化液A泵送完畢后，關(guān)閉蠕動泵；

4)將連接第一組試件的橡膠管移入第二組試件中，用同樣的方法吸取50ml礦化液A分別泵送到第二組試件中，關(guān)閉蠕動泵；此時完成兩組試件中礦化液的第一次灌注，灌注后流出的灌注液形成灌注液積液；

5)將第二組試件上的泵管取下，把帶有灌注液積液的第一組試件和第二組試件同時放入恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)4小時后取出，按照以上1)-4)方法進(jìn)行第二次灌注，放入恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)4小時后取出，進(jìn)行第三次灌注；

6)當(dāng)塑料盆中灌注液積液的液面高于試件高度時，打開單泵頭蠕動泵，將多余的灌注液積液抽出，使塑料盆中灌注液積液與試件高度保持持平。

7)每天共灌注三次，持續(xù)20次后從灌注液積液中取出多試件，在恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)三天脫模，完成礦山微生物礦化充填材料的制備。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于礦山充填材料實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種礦山微生物礦化充填材料制備系統(tǒng)。

背景技術(shù)

煤炭的開采產(chǎn)生了大量的煤矸石固體廢棄物在地表堆積，充填采煤技術(shù)能夠很好的利用地下采空區(qū)空間，同時解決堆積在地表的大量煤矸石固體廢棄物。使用微生物礦化的方法所制備的新型充填材料可以使充填材料中各接觸的骨料間充分起到支撐作用，填補(bǔ)充填材料骨料之間的間隙，達(dá)到很好的支撐效果，起到防止地表沉陷、保護(hù)地表生態(tài)等作用。但是現(xiàn)有的制備井下微生物礦化充填材料的方法效率非常低，因?yàn)橐淮沃荒芄嘧⒅苽湟粋€試件且每個試件的制備時間較長，最終導(dǎo)致制備多個試件時耗時過久。同時，在試驗(yàn)研究中，一般要求三個技術(shù)重復(fù)來減少研究誤差，然而環(huán)境溫度、灌注時間、灌注速度、養(yǎng)護(hù)條件等均會使微生物礦化產(chǎn)物的數(shù)量和形態(tài)產(chǎn)生很大的影響，產(chǎn)生不同的試驗(yàn)結(jié)果。因此一次只灌注制備一個試件會導(dǎo)致用于技術(shù)重復(fù)的三個試件產(chǎn)生不同的性能，不再具有可重復(fù)性，使研究失去價值。

因此，需要發(fā)明一種能夠同時制備多組微生物礦化試件的系統(tǒng)，增大用于制備井下煤矸石基微生物礦化材料數(shù)據(jù)的可重復(fù)性，同時提高制備微生物礦化試件的效率。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種礦山微生物礦化充填材料制備系統(tǒng)，解決目前試驗(yàn)研究所面臨的制備效率低、制備出的試件重復(fù)性低且誤差大等一系列問題，為充填采煤關(guān)鍵工程的研究提供一種新的方法。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種礦山微生物礦化充填材料制備系統(tǒng)，包括放置于通風(fēng)櫥中的人工取-注液系統(tǒng)、多通道礦化液灌注系統(tǒng)、材料浸泡-養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)等三部分。所述人工取-注液系統(tǒng)，用于吸取、轉(zhuǎn)移灌注液：使用手持塑料無針頭注射器通過橡膠軟管從容量瓶中吸取灌注液，再灌注入泵送瓶中，所述灌注液為礦化液；所述多通道礦化液灌注系統(tǒng)，用于向材料浸泡-養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)中的多試件對應(yīng)泵送灌注液：通過蠕動泵提供灌注動力，蠕動泵的泵管兩端分別一一對應(yīng)連接人工取-注液系統(tǒng)中的泵送瓶與材料浸泡-養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)中的多試件，泵送瓶中的灌注液對應(yīng)泵送至多試件中；所述材料浸泡-養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)，用于微生物礦化充填材料強(qiáng)度的強(qiáng)化：包括一內(nèi)置塑料盆的恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱，塑料盆中盛有灌注液積液和浸于其中的多試件，所述灌注液積液為日常灌注后流出的灌注液。

進(jìn)一步的，所述塑料盆中灌注液積液與多試件高度保持持平。所述灌注液分別為礦化液A和礦化液B。所述礦化液A為巴氏芽孢桿菌溶液，所述礦化液B為新鮮配制的0.5MCaCl2-Urea溶液。

進(jìn)一步的，所述巴氏芽孢桿菌溶液是由巴氏芽孢桿菌溶解在液體中形成，此處液體可選擇常規(guī)的水，也可以選擇其他如液體培養(yǎng)基等。本發(fā)明優(yōu)選巴氏芽孢桿菌溶液由巴氏芽孢桿菌在液體培養(yǎng)基中溶解形成，所述巴氏芽孢桿菌是經(jīng)逐步馴化得到的耐高濃度尿素和煤矸石浸出液巴氏芽孢桿菌(參照常規(guī)微生物馴化方法方法，以煤矸石浸出液為培養(yǎng)液、0.5～1.5mol/L高濃度尿素為基質(zhì)，馴化得到耐0.5～1.5mol/L高濃度尿素和煤矸石浸出液的巴氏芽孢桿菌)，液體培養(yǎng)基由包括5‰蛋白胨、3‰牛肉膏在內(nèi)的基質(zhì)溶解在煤矸石浸出液中形成；巴氏芽孢桿菌溶液中巴氏芽孢桿菌的濃度為2.0×1010cfu/ml。

進(jìn)一步的，所述人工取-注液系統(tǒng)的容器為盛裝礦化液B的1L絲口瓶和盛裝礦化液A的500ml錐形瓶；所述泵送瓶為50ml絲口瓶；所述手持塑料無針頭注射器通過20cm橡膠軟管分別吸取錐形瓶和絲口瓶中的灌注液灌注入50ml絲口瓶中進(jìn)行分裝，分裝后與蠕動泵的泵管連接。

進(jìn)一步的，所述多通道礦化液灌注系統(tǒng)，包括一個蠕動泵、多通道泵頭及對應(yīng)的多套泵管，相對應(yīng)的每組試件個數(shù)不超過通道數(shù)，可設(shè)置一組或多個試件組，每個試件灌注內(nèi)容、用量、速度可控。每組多試件數(shù)量可以不同，可按照需求數(shù)量同時制備多個礦化試件。多通道礦化液灌注系統(tǒng)的泵頭通道數(shù)量數(shù)為N，試件數(shù)為n，n≤N。

進(jìn)一步的，所述多通道礦化液灌注系統(tǒng)還包括一個單泵頭蠕動泵，設(shè)置在恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱外部，通過泵管與材料浸泡-養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)中的塑料盆連接，用于在塑料盆中灌注液積液液面高于試件高度時抽走多余灌注液積液，使塑料盆中灌注液積液與試件高度保持持平。所述恒溫養(yǎng)護(hù)箱保持30℃，相對濕度92％。

進(jìn)一步的，一種礦山微生物礦化充填材料制備系統(tǒng)的步驟為：

1)手持無針頭注射器通過橡膠軟管從1L絲口瓶中吸取50ml礦化液B，分別注入到n個50ml絲口瓶中；設(shè)定好蠕動泵的泵送速度再開啟蠕動泵，使n個50ml絲口瓶中的礦化液B以恒定的速度泵送至n個第一組試件中，待礦化液B泵送完畢后，關(guān)閉蠕動泵；

2)將連接n個第一組試件的泵管移入n個第二組試件中，用上述同樣的方法吸取50ml礦化液B分別泵送到n個第二組試件中，關(guān)閉蠕動泵；

3)一個小時后，將連接n個第二組試件的泵管移入n個第一組試件中；手持無針頭注射器從500ml錐形瓶中吸取50ml礦化液A，分別注入到n個50ml絲口瓶中；開啟蠕動泵，使n個50ml絲口瓶中的礦化液A以恒定的速度泵送到n個第一組試件中，待礦化液A泵送完畢后，關(guān)閉蠕動泵；

4)將連接n個第一組試件的橡膠管移入n個第二組試件中，用同樣的方法吸取50ml礦化液A分別泵送到n個第二組試件中，關(guān)閉蠕動泵；此時完成16個試件中礦化液的第一次灌注，灌注后流出的灌注液形成灌注液積液；

5)將第二組試件上的n個泵管取下，把帶有灌注液積液的第一組試件和第二組試件同時放入恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)4小時后取出，按照以上1)-4)方法進(jìn)行第二次灌注，放入恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)4小時后取出，進(jìn)行第三次灌注；

6)當(dāng)塑料盆中灌注液積液的液面高于試件高度時，打開單泵頭蠕動泵，將多余的灌注液積液抽出，使塑料盆中灌注液積液與試件高度保持持平。

7)每天共灌注三次，持續(xù)20次后從灌注液積液中取出多試件，在恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)三天脫模，完成礦山微生物礦化充填材料的制備。

有益效果：本發(fā)明提供的一種礦山微生物礦化充填材料制備系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢：本試驗(yàn)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)快速便捷定量取灌注液、同時進(jìn)行多個礦化材料試件的高效制備。在制備過程中極大程度的模擬了礦山溫度濕度，也是所使用微生物生長的最適溫度，保證了制備試件過程中環(huán)境溫度、灌注時間、灌注速度、養(yǎng)護(hù)條件的一致性。從而為新型礦山充填材料的高效制備提供新工藝新方法，豐富新型礦山充填材料制備系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，便于在極大程度消除實(shí)驗(yàn)誤差的基礎(chǔ)上開展更高效的礦山微生物礦化充填材料研究。

附圖說明

圖1是礦山微生物礦化充填材料制備流程圖；

圖2是礦山微生物礦化充填材料制備工藝示意圖。

圖中附圖標(biāo)記的含義：

1-人工取-注液系統(tǒng)，2-八通道礦化液灌注系統(tǒng)，3-材料浸泡-養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)，4-1L絲口瓶，5-500ml錐形瓶，6-手持無針頭注射器，7-橡膠軟管，8-50ml絲口瓶，9-蠕動泵，10-八通道泵頭，11-泵管，12-塑料盆，13-單泵頭蠕動泵，14-灌注液積液，15-恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱，16-第一組試件，17-第二組試件，18-廢棄液收集桶。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以八通道-二組試驗(yàn)為例，以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

所述的一種礦山微生物礦化充填材料制備系統(tǒng)，包括人工取-注液系統(tǒng)1、八通道礦化液灌注系統(tǒng)2、材料浸泡-養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)3三部分。

所述的人工取-注液系統(tǒng)1、八通道礦化液灌注系統(tǒng)2放在通風(fēng)櫥中進(jìn)行。

所述的人工取-注液系統(tǒng)1主要由1L絲口瓶4、500ml錐形瓶5、手持無針頭注射器6、橡膠軟管7、50ml絲口瓶8組成。進(jìn)行人工取-注液時，首先將手持無針頭注射器6與橡膠軟管7相連，再進(jìn)行瓶中的取液。

所述的八通道礦化液灌注系統(tǒng)2主要由八個50ml絲口瓶8、蠕動泵9、八通道泵頭10、八個泵管11、塑料盆12、單泵頭蠕動泵13組成。八個50ml絲口瓶8通過八個泵管11分別與八個試件相連接，由蠕動泵9連接八通道泵頭10提供動力。十六個試件放置于塑料盆12中，塑料盆12連接一個單泵頭蠕動泵13，目的是將盆中液體定量排出，保證盆中頁面保持與試件同高。單泵頭蠕動泵13的一端浸入塑料盆12中，一端連接廢棄液收集桶18。

所述的材料浸泡-養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)3主要由灌注液積液14、恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱15、由八通道礦化液灌注系統(tǒng)2灌注完成的16個試件組成。

試驗(yàn)前，首先將入模的16個煤矸石試件擺放入干凈的塑料盆12中，塑料盆12用于試驗(yàn)時收集從試件模具中流出的灌注液積液。

試驗(yàn)時，首先將手持無針頭注射器6與橡膠軟管7相連，然后放入提前準(zhǔn)備好的1L絲口瓶4中，向上吸取50ml灌注液之一礦化液B，分別注入到八個50ml絲口瓶8中。提前設(shè)定好蠕動泵9的泵送速度，再打開蠕動泵9的開關(guān)，使八個50ml絲口瓶8中的礦化液B以恒定的速度泵送到八個第一組試件16中。待礦化液B泵送完畢后，關(guān)閉蠕動泵9的開關(guān)。

接下來將連接八個第一組試件16的泵管移入八個第二組試件17中。用同樣的方法吸取50ml礦化液B，分別注入到八個50ml絲口瓶8中：再打開蠕動泵9的開關(guān)，使八個50ml絲口瓶8中的礦化液B以恒定的速度泵送到八個第二組試件17中。待礦化液B泵送完畢后，關(guān)閉蠕動泵9的開關(guān)。

一個小時后，將連接八個第二組試件17的泵管移入八個第一組試件16中。將手持無針頭注射器6與橡膠軟管7相連，然后將橡膠軟管7放入提前準(zhǔn)備好的500ml錐形瓶5中，向上吸取50ml灌注液中的礦化液A，分別注入到八個50ml絲口瓶8中：再打開蠕動泵9的開關(guān)，使八個50ml絲口瓶8中的礦化液A以恒定的速度泵送到八個第一組試件16中。待礦化液A泵送完畢后，關(guān)閉蠕動泵9的開關(guān)。

接下來將連接八個第一組試件16的橡膠管移入八個第二組試件17中。用同樣的方法吸取50ml礦化液A，分別注入到八個50ml絲口瓶8中：再打開蠕動泵9的開關(guān)，使八個50ml絲口瓶8中的礦化液A以恒定的速度泵送到八個第二組試件17中。待礦化液A泵送完畢后，關(guān)閉蠕動泵9的開關(guān)。

此時完成十六個試件中灌注液的第一次灌注。當(dāng)塑料盆12中灌注液積液的液面高于試件高度時，打開單泵頭蠕動泵13，將多余的灌注液積液14抽出倒掉。將第二組試件17上的八個泵管11取下，把帶有灌注液積液14的第一組試件16和第二組試件17同時放入恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱15中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)4小時后，從恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱15中取出按照以上方法進(jìn)行第二次灌注。

第二次灌注完畢后放入恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱15中養(yǎng)護(hù)4小時后取出，進(jìn)行第三次灌注。

每天共灌注三次，持續(xù)20次灌注后從灌注液積液14中取出試件，在恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱15中養(yǎng)護(hù)三天脫模，完成礦山微生物礦化充填材料的制備。在實(shí)施例過程中，發(fā)現(xiàn)每天灌注三次時可以使菌體在矸石表面充分附著生長并能夠與礦化液B充分反應(yīng)；此外也發(fā)現(xiàn)灌注20次會有最理想的礦化效果。因此，本發(fā)明選取每天共灌注三次且持續(xù)20次灌注的方式。

該八通道的制備系統(tǒng)可以在相同時間高效制備16個微生物礦化試件。效率相比之前的方法提高了16倍。同時保證了各個試件的制備條件相同，極大程度上消除了人工誤差和環(huán)境誤差，為今后的深入研究提供了一種切實(shí)可行的基本制備方法。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。