用于二维相似材料模拟试验台的离层密封与注浆方法技术

本发明专利技术公开了一种用于二维相似材料模拟试验台的离层密封与注浆方法，涉及相似材料模拟技术领域。其步骤包括：制备常规相似材料和非亲水性相似材料；计算分析二维相似材料模拟试验台中的预计离层位置；从模型的底部开始依次铺设所述的常规相似材料，在预计离层位置附近铺设非亲水性相似材料；当铺设到预计离层位置时，布置注浆管道；在二维相似材料模拟试验台中确定煤层开采位置，对煤层进行多次回采；回采完毕后，在离层位置的模型表面铺设柔性编织网，在柔性编织网外侧喷涂密封材料，在模型外侧安装透明的亚克力板；向离层进行注浆，研究离层空间注浆效果。本发明专利技术解决了相似材料模拟注浆过程中设备密封差导致的实验结果不准确等问题。确等问题。确等问题。

【技术实现步骤摘要】
用于二维相似材料模拟试验台的离层密封与注浆方法


[0001]本专利技术涉及相似材料模拟
，具体涉及一种用于二维相似材料模拟试验台的离层密封与注浆方法。

技术介绍

[0002]注浆技术在防治地表塌陷以及治理已有采空塌陷区过程中，不仅可以消化掉大量的粉煤灰、煤矸石等工业固体废弃物，还可以有效保护上部地层和含水层，利于生态文明建设。覆岩离层注浆法由于成本低、煤炭回采率与生产效率高，适合高产能等特点，在矿井中逐渐投入使用，该方法释放了压覆煤炭资源，达到了防治地表塌陷、保护生态环境的有机统一。目前在研究离层注浆与渗透模拟的研究中，由于岩土体的复杂性和注浆工程的隐蔽性，并且由于设备密封性差，浆体在注入时会跑浆，使得注浆理论的研究进行难度极大。覆岩离层注浆相关理论的研究水平严重滞后于工程实践和注浆材料的发展，因此，对注浆理论的研究方面具有重要的意义。
[0003]现有技术有关的研究报道有：
[0004]申请号201811626340.X公开了一种室内覆岩离层量测量及注浆控制模拟系统及其方法，该方法中设置了套筒序列进行多层位注浆工作，但未考虑注浆过程中离层的上下岩层会吸水破坏，并且二维实验设备前后不是闭合的，无法保证浆体完全注入离层中。
[0005]解决上述技术问题的难度为：煤层开采后，上覆岩层形成了离层空间，且会产生大量的裂隙，在注浆过程中，浆体会在裂隙中流动，难以了解其流向，造成浆液计算中有偏差，针对该情况，实验设备模拟还原过程中，相似材料大多以溶水性材料制备而成，在遇到浆体时，容易吸水崩解，失去原有的承载能力，在离层空间内不能采用吸水性材料，并且由于目前实验设备的密封性较差，浆体在设备中的流动损耗，使得注浆的量难以控制，无法准确开展相关的研究，达不到预计的注浆效果。
[0006]综上所述，现有技术中的覆岩离层注浆所采用的实验设备，不能达到完全的密封，离层覆岩注浆技术不能控制注浆过程中浆体的跑浆，或在完全密封后难以实现对浆体渗流的观测，对相关理论的研究造成了限制。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种用于二维相似材料模拟试验台的离层密封与注浆方法，在向覆岩裂隙及离层中注入浆体时，该方法可防止浆体流失，解决了相似材料模拟注浆过程中设备密封差导致的实验结果不准确等问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0009]一种用于二维相似材料模拟试验台的离层密封与注浆方法，依次包括以下步骤：
[0010]a、分别制备常规相似材料和非亲水性相似材料；
[0011]b、依据相关理论计算分析二维相似材料模拟试验台中的预计离层位置；
[0012]c、从模型的底部开始利用自动铺设装置自动铺设所述的常规相似材料，并且在常
规相似材料岩层之间均匀铺洒云母粉，在预计离层位置附近铺设非亲水性相似材料；
[0013]所述的自动铺设装置，包括集成料斗、滑动机构、气缸、铲平夯实机构以及总控制台；
[0014]所述的集成料斗包括料斗本体，所述的料斗本体的横截面积从上到下依次变小，所述的料斗本体的顶部设置有进料口，底部设置有出料口；
[0015]所述的滑动机构包括第一滑动轮、第二滑动轮以及用于驱动并控制第一滑动轮、第二滑动轮进行滑动的中空直角减速机；
[0016]所述的料斗本体的侧部设置有第一连接板和第二连接板，在所述的第一连接板和第二连接板上均安装第一滑动轮和第二滑动轮，且两个第一滑动轮和两个第二滑动轮的安装高度均相同，所述的中空直角减速机安装在位于第一连接板一侧的第一滑动轮和第二滑动轮的外侧，用于控制并实现两个第一滑动轮、两个第二滑动轮的转动；
[0017]在第二连接板上还安装有与其垂直的支撑架；
[0018]所述的气缸的一端连接有空气泵站，另一端连接有铰接板，所述的铰接板连接有挡板，所述的气缸通过所述的支撑架对其进行支撑，所述的挡板的形状、大小与所述的出料口的形状、大小相适配，通过空气泵站提供动力来控制所述的气缸并使其穿过支撑架向出料口方向推进或推出，通过控制气缸向出料口方向的推进与推出来控制出料口的出料速度；
[0019]所述的铲平夯实机构包括铲平夯实板和安装结构，所述的铲平夯实板包括板一和板二，所述的板一通过安装结构安装在出料口的后方，并且所述的板一安装在与第一滑动轮、第二滑动轮滑动方向相互垂直的方向上，所述的板二连接在板一的下方，且与板一相互垂直，当相似材料从出料口排出后，通过所述的板二将其进行铲平夯实；在所述的板一上竖向设置有多个圆孔，所述的安装结构包括与所述的圆孔匹配的固定螺丝，通过调节圆孔的安装位置实现对铲平夯实板的高度的调节；
[0020]所述的板二的底部还设置有压力传感器，所述的压力传感器通过数据线连接至所述的总控制台；
[0021]所述的自动铺设装置通过安装装置安装在相似材料待铺设层上方；
[0022]d、当铺设到预计离层位置时，布置注浆管道；
[0023]e、在二维相似材料模拟试验台中确定煤层开采位置，对煤层进行多次回采；
[0024]f、回采完毕后，在离层位置的模型表面铺设柔性编织网，编织网可以在横、纵方向上实现较小的变形，防止影响实验过程中的覆岩变形，在柔性编织网外侧喷涂一层非亲水性密封材料，该材料具有微弹性，可以与编织网实现同步变形，在模型外侧安装透明的亚克力板，形成密闭的离层待充填空间；
[0025]g、通过注浆管道向离层进行注浆，研究离层空间注浆减沉效果。
[0026]上述的步骤b中，预计离层位置是一个以离层为中心的范围，并非固定的层位。
[0027]作为本专利技术的一个优选方案，步骤a中，所述的非亲水性相似材料的原料成分包括凡士林、硅油、沙子和石膏。
[0028]作为本专利技术的另一个优选方案，步骤c中，从模型的底部向上架设工字钢板的方式来铺设常规相似材料，在预计离层位置上、下两层铺设非亲水性相似材料。
[0029]优选的，步骤f中，所述的密封材料为一种遇水膨胀自愈合防水密封材料。
[0030]优选的，步骤f中，密封材料的喷射范围大于柔性编织网的铺设范围。
[0031]优选的，所述的安装装置包括工字钢，所述的工字钢安装在二维相似材料模拟试验台的试验仓的前后两侧，所述的第一滑动轮和第二滑动轮分别安装在所述的工字钢的翼缘位置。
[0032]与现有技术相比，本专利技术带来了以下有益技术效果：
[0033]本专利技术提出了一种用于二维相似材料模拟试验台的离层密封与注浆方法，该方法提出了“上下岩层非亲水性材料+前后两侧空隙密封”的实验方法，可在注浆过程中实现对离层发育的零干扰，本专利技术方法为研究覆岩离层空间注浆治理提供保障。
[0034]本专利技术中首先通过在离层位置附近铺设非亲水性相似材料，然后在离层位置的模型表面铺设柔性编织网，在柔性编织网外侧喷涂密封材料，在模型外侧安装透明的亚克力板的方式，进一步克服了注浆过程中容易跑浆的技术问题，密封材料遇水迅速膨胀并固化，可以进一步填充编织网本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于二维相似材料模拟试验台的离层密封与注浆方法，其特征在于，依次包括以下步骤：a、分别制备常规相似材料和非亲水性相似材料；b、依据相关理论计算分析二维相似材料模拟试验台中的预计离层位置；c、从模型的底部开始利用自动铺设装置自动铺设所述的常规相似材料，并且在常规相似材料岩层之间均匀铺洒云母粉，在预计离层位置附近铺设非亲水性相似材料；所述的自动铺设装置，包括集成料斗、滑动机构、气缸、铲平夯实机构以及总控制台；所述的集成料斗包括料斗本体，所述的料斗本体的横截面积从上到下依次变小，所述的料斗本体的顶部设置有进料口，底部设置有出料口；所述的滑动机构包括第一滑动轮、第二滑动轮以及用于驱动并控制第一滑动轮、第二滑动轮进行滑动的中空直角减速机；所述的料斗本体的侧部设置有第一连接板和第二连接板，在所述的第一连接板和第二连接板上均安装第一滑动轮和第二滑动轮，且两个第一滑动轮和两个第二滑动轮的安装高度均相同，所述的中空直角减速机安装在位于第一连接板一侧的第一滑动轮和第二滑动轮的外侧，用于控制并实现两个第一滑动轮、两个第二滑动轮的转动；在第二连接板上还安装有与其垂直的支撑架；所述的气缸的一端连接有空气泵站，另一端连接有铰接板，所述的铰接板连接有挡板，所述的气缸通过所述的支撑架对其进行支撑，所述的挡板的形状、大小与所述的出料口的形状、大小相适配，通过空气泵站提供动力来控制所述的气缸并使其穿过支撑架向出料口方向推进或推出，通过控制气缸向出料口方向的推进与推出来控制出料口的出料速度；所述的铲平夯实机构包括铲平夯实板和安装结构，所述的铲平夯实板包括板一和板二，所述的板一通过安装结构安装在出料口的后方，并且所述的板一安装在与第一滑动轮、第二滑动轮滑动方向相互垂直的方向上，所述的板二连接在板...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘海洋，谢志清，左卿伶，谭克龙，霍超，张吉路，李世念，赵明，张志军，
申请(专利权)人：中国煤炭地质总局勘查研究总院，
类型：发明
国别省市：