一种采空区填充用浆液受迫扩散规律试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种采空区填充用浆液受迫扩散规律试验装置，包括浆液堆积扩散箱，浆液堆积扩散箱包括底板、竖直设置于底板上且高度可调的立柱、与立柱相配合可拆卸地围绕于底板四周的前端板、后端板、第一侧板、第二侧板、以及设置于立柱顶部的顶板；顶板上开设有用于灌浆的注浆孔，注浆孔上连接有注浆管，注浆管顶端连接有浆液泵送设备，注浆管上设置有用于采集浆液流动压力的压力检测单元；顶板的底面上设置有三维扫描装置，三维扫描装置的图像采集端均朝向浆液堆积扩散箱内部。本发明专利技术方法通过定量可视化浆液在采空区中的流动堆积，得到浆液在采空区内的流动堆积数据，为采空区填充设计提供了试验依据。提供了试验依据。提供了试验依据。

【技术实现步骤摘要】
一种采空区填充用浆液受迫扩散规律试验装置及方法


[0001]本专利技术属于煤炭行业绿色充填开采减沉
，涉及流体扩散试验
，具 体涉及一种采空区填充用浆液受迫扩散规律试验装置及方法。

技术介绍

[0002]煤矿大空洞型采空区是地下煤炭资源开采完成后留下的巨型空洞，是一种不稳定的 人工地质构造，随着形成时间的推移和赋存环境的变化，这种不稳定构造可能发生退化 而衍生地面塌陷、矿山地震等矿山灾害。尤其是小型煤矿，由于开采手段落后、顶板管 理方式粗放、缺乏必要的地质资料，所以采空区的潜在灾害更加严重。随着城市化、工 业化和现代化进程的快速推进，越来越多的煤矿采空区的上覆土地需要被激活，或者用 于建造工业民用建筑，或建设公路和铁路等生命线工程。
[0003]为了给采空区地面工程建设创造一个安全可靠的地下环境，对顶板破坏程度较弱， 空场体积较大的大空洞型采空区常采用稀浆注浆治理或稀浆加投砂注浆治理，其缺陷在 于：浆液流动范围不可控、注浆量巨大、浆液结实率较低。通过泵送方式将高浓度充填 材料压入至采空区的高浓度材料充填方法已通过数个工程的实践，对采空区顶板岩层移 动控制效果良好，但在采空区治理设计中充填钻孔的间距仍然按照常规稀浆充填进行设 计的，而高浓度充填材料的流动堆积规律与常规稀浆明显不同，高浓度充填材料是一种 固体颗粒含量较多，同时伴有一定量的液体和气体的浆液，由于这种浆液浓度较高、粘 度较大、输送难度高、送泵阻力大、到达采空区后堆积形态复杂、注入到采空区对采空 区的支撑效果未知，目前相关工程设计存在很大的盲目性，具有很大的安全风险。因此， 亟需能够量化高浓度浆液在采空区中的流动规律及堆积规律的装置及方法。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷和不足，本专利技术提供了一种采空区填充用浆液受迫扩散规律 试验装置及方法，以解决现有技术中缺少能够量化高浓度浆液在采空区中的流动规律及 堆积规律的装置及方法的技术问题，为采空区治理设计和治理效果预估提供依据。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：
[0006]一种采空区填充用浆液受迫扩散规律试验装置，包括浆液堆积扩散箱，所述浆液堆 积扩散箱包括底板、竖直设置于底板上且高度可调的立柱、与立柱相配合可拆卸地围绕 于底板四周的前端板、后端板、第一侧板、第二侧板、以及设置于立柱顶部的顶板；
[0007]所述顶板上开设有用于灌浆的注浆孔，所述注浆孔上连接有注浆管，所述注浆管顶 端连接有浆液泵送设备，注浆管上设置有用于采集浆液流动压力的压力检测单元；
[0008]所述顶板的底面上靠近边缘处设置有多个用于采集浆液堆积形态的三维扫描装置， 每个所述三维扫描装置的图像采集端均朝向浆液堆积扩散箱内部。
[0009]本专利技术还具有以下技术特征：
[0010]具体的，所述注浆管上还连接有辅助支撑机构，所述辅助支撑机构包括可移动的
升 降平台和设置在升降平台顶端的固定支架，所述固定支架用于固定支撑注浆管。
[0011]更进一步的，所述浆液堆积扩散箱底部可拆卸地设置有多个高度可调的液压支座。
[0012]更进一步的，所述前端板上还设置有排水阀门。
[0013]更进一步的，所述注浆管包括由上至下依次顺序连接设置的第一注浆直管、第一注 浆弯管和第二注浆直管，所述压力检测单元包括设置在第一注浆直管上的第一压力计、 设置在第一注浆弯管上的第二压力计和设置在第二注浆直管上的第三压力计。
[0014]更进一步的，所述顶板上还开设有进气口，所述排气口上有进气阀门，所述进气阀 门上设置有第四压力计。
[0015]更进一步的，所述注浆管上还设置有流量传感器。
[0016]更进一步的，所述侧板为透明有机玻璃板。
[0017]一种采空区填充用浆液受迫扩散规律试验方法，所述方法通过上述采空区填充用浆 液受迫扩散规律试验装置实现，包括以下步骤：
[0018]步骤1、收集采空区的探查数据，根据得到的探查数据设置液压支座高度、立柱高 度、注浆管长度和侧板数量，然后完成试验装置装配；
[0019]步骤2、根据设定的浆液流变参数、坍落度及扩展度制备浆液；
[0020]步骤3、开始注浆，并采集不同时刻的浆液压力、浆液流量，及浆液堆积形态图像； 当注浆压力升至设定注浆压力或泵送设备额定注浆压力的80％时，结束注浆；
[0021]步骤4、根据采集到的浆液压力、浆液流量，及浆液堆积形态图像，分析不同时刻 浆液的压力、流量、堆积形态变化特征，得出采空区填充用浆液受迫扩散规律。
[0022]更进一步的，所述探查数据包括采空区高度、采空区底板倾角、采空区内水位高度， 以及遗留煤柱的数量和位置。
[0023]本专利技术与现有技术相比，有益的技术效果是：
[0024](1)本专利技术装置通过调节不同液压支座的高度实现采空区底板的倾斜角度模 拟；通过调节支柱高度模拟采空区高度；通过加卸侧板实现采空区的边界条件模拟； 通过调节侧板上的排水阀门，实现采空区的矿井水条件模拟；通过自动进气阀门调 节控制气压，采空区的气压环境；同时，通过调节注浆管长度，实现充填管线长度 模拟，通过三维扫描装置获取模拟采空区内的浆液堆积形态，得到浆液堆积形态和 三维尺寸；本专利技术装置通过结构设计可以模拟实际采空区，准确模拟注浆流体在采 空区内的流动过程，可以根据采空区的探查数据制成不同尺寸、不同形状的采空区 模型，从而实现了不同构造采空区的模拟，具有广泛的适用性，对采空区填充设计 具有实际指导作用。
[0025](2)本专利技术方法通过定量可视化浆液在采空区中的流动堆积，得到浆液在采空 区内的流动堆积数据，最终得到浆液在采空区内的流动堆积规律，为解决高浓度充填 材料在采空区中运移、扩散、堆积无法可视化与定量化的黑箱问题提供了试验依据。
附图说明
[0026]图1为本专利技术装置的整体结构示意图。
[0027]图2为浆液堆积扩散箱的俯视图。
[0028]图3为本专利技术实施例2采集到的最终的浆液堆积形态图像。
[0029]图4为本专利技术实施例2采集到注浆压力和流量随时间变化的曲线。
[0030]图5为本专利技术实施例2由最终的浆液堆积形态图像得到的浆体堆积形态剖面 图。
[0031][0032]图中各标号表示为：
[0033]1‑
浆液堆积扩散箱，2
‑
注浆管，3
‑
压力检测单元，4
‑
三维扫描装置，5
‑
辅助支撑机构， 6
‑
液压支座，7
‑
排水阀门，8
‑
进气阀门，9
‑
第四压力计，10
‑
流量传感器，11
‑
底板，12
‑ꢀ
立柱，13
‑
侧板，14
‑
顶板；21
‑
第一注浆直管，22
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采空区填充用浆液受迫扩散规律试验装置，其特征在于，包括浆液堆积扩散箱(1)，所述浆液堆积扩散箱(1)包括底板(11)、竖直设置于底板(11)上且高度可调的立柱(12)、与立柱(12)相配合可拆卸地围绕于底板(11)四周的侧板(13)、以及设置于立柱(12)顶部的顶板(14)；所述顶板(14)上开设有用于灌浆的注浆孔(141)，所述注浆孔(141)上连接有注浆管(2)，所述注浆管(2)顶端连接有浆液泵送设备，注浆管(2)上设置有用于采集浆液流动压力的压力检测单元(3)；所述顶板(14)的底面上靠近边缘处设置有多个用于采集浆液堆积形态的三维扫描装置(4)，每个所述三维扫描装置(4)的图像采集端均朝向浆液堆积扩散箱(1)内部。2.如权利要求1所述的采空区填充用浆液受迫扩散规律试验装置，其特征在于，所述注浆管(2)上还连接有辅助支撑机构(5)，所述辅助支撑机构(5)包括可移动的升降平台(51)和设置在升降平台(51)顶端的固定支架(52)，所述固定支架(52)用于固定支撑注浆管(2)。3.如权利要求1所述的采空区填充用浆液受迫扩散规律试验装置，其特征在于，所述浆液堆积扩散箱(1)底部可拆卸地设置有多个高度可调的液压支座(6)。4.如权利要求1所述的采空区填充用浆液受迫扩散规律试验装置，其特征在于，所述侧板(13)上还设置有排水阀门(7)。5.如权利要求1所述的采空区填充用浆液受迫扩散规律试验装置，其特征在于，所述注浆管(2)包括由上至下依次顺序连接设置的第一注浆直管(21)、第一注浆弯管(22)和第二注浆直管(23)，所述压力检测单元(3)包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：许刚刚，武博强，王晓东，朱世彬，王强民，张溪彧，冯龙飞，薛建坤，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：