深部岩层注浆与渗流模拟试验系统与试验方法技术方案

本发明专利技术公开了一种深部岩层注浆与渗流模拟试验系统，属于覆岩离层注浆技术领域。包括设备框架、岩层柔性加载装置、试验仓、自动铺设装置、相似材料制备与输送装置、注浆装置以及安装装置。通过对试验仓进行改进，在试验仓内设计有可沿着底梁进行相对滑动的中空隔离件，可对试验仓进行分隔，两个试验仓可进行对照试验，并且，该试验仓在相似材料完成后，可通过第二伸缩油缸对试验仓的角度进行调节。通过采用自动铺设装置实现了相似材料铺设的自动化。本发明专利技术可模拟覆岩离层及注浆过程，还原实际地质条件下覆岩离层及注浆演化，为研究覆岩离层演化及浆体渗流规律提供技术支持。化及浆体渗流规律提供技术支持。化及浆体渗流规律提供技术支持。

【技术实现步骤摘要】
深部岩层注浆与渗流模拟试验系统与试验方法


[0001]本专利技术涉及覆岩离层注浆
，具体涉及一种深部岩层注浆与渗流模拟试验系统与试验方法。

技术介绍

[0002]煤炭为我国国民经济和社会发展做出了重大贡献，但也带来了“采空塌陷、环境污染、生态失衡”等深层次问题。目前煤矿企业发展任务由“安全高效开采”转变为“绿色开采和清洁利用”，采空塌陷防治和环境治理是其重要内容之一。
[0003]覆岩离层注浆是一种有效防治采空塌陷和保护矿区环境的绿色开采技术，具有工艺简单、成本低、井下生产影响小、煤炭回采率高等优点，主要应用于地面沉陷控制、采空塌陷防治与固废无害化处理，同时可用于含水层保护、冲击地压灾害防治等方面。
[0004]目前开展的绿色开采离层注浆工程较多，但离层发育机制、特征及规律，浆体在离层中的扩散与运移规律，离层注浆参数设计和优化，离层注浆在地表沉陷控制、采空塌陷防治、冲击地压防治、含水层保护等方面的作用机制与效果评价等认识和研究尚不深入，缺少开展相关研究的实验装备和手段。
[0005]申请号202110574077.X公开了一种二位可视化注浆实验箱及使用方法，该方法不能模拟实际工程中覆岩的破坏情况，无法对工程现场的浆体流动进行良好的还原，无法实现浆体在覆岩中渗流的规律研究。
[0006]申请号202010953172.6公开了覆岩隔离注浆充填浆液流动规律三维模拟实验装置及方法，该装置可以实现浆液流动规律的研究，由于三维模型的限制，无法直观的展示覆岩运动及浆液流动的状态。
[0007]申请号202010952461.4公开了一种再现裂隙的流固耦合相似模拟材料及制备方法，但相似材料制备过程复杂，相关裂隙基于3D打印制备，而地层中的裂隙无法进行准确的还原，难以对煤炭开采过程中覆岩离层变化进行准确的模拟。
[0008]申请号202010624595.3公开了模拟含裂缝岩体注浆、渗流过程的可视化试验系统，该试验系统提供了一种模拟含裂缝岩体注浆、渗流过程的可视化试验系统；
[0009]申请号201910020163.9公开了一种超声波辅助压力注浆的可视化测试设备及实验方法，其仅实现了对于岩块的注浆渗流模拟，无法对复杂的地层中进行注浆研究，且使用的精密仪器成本太高。
[0010]综上所述，对于覆岩离层充填方法来控制地表沉陷的技术，还有待于进一步改进。
[0011]因此，针对上述情况，研发了深部岩层注浆与渗流模拟设备系统，

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的之一在于提供一种深部岩层注浆与渗流模拟试验系统，其为不同地质采矿条件下采空区围岩(包括直到地表的覆岩)运动特征与规律、离层动态演化特征与规律、离层注浆防治采空塌陷地质灾害机理与效果评价等相关理论和技术提供实验手段与方
法，为研究覆岩离层空间注浆治理提供保障。
[0013]为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0014]一种深部岩层注浆与渗流模拟试验系统，包括设备框架、柔性加载装置、试验仓、自动铺设装置、相似材料制备与输送装置、注浆装置以及安装装置；
[0015]所述的试验仓位于设备框架内，所述的试验仓包括底梁、左挡板、右挡板、中间隔离柱及反力梁；
[0016]所述的底梁分别与左挡板、右挡板固定连接，在与所述的底梁相互垂直的方向上设置有第二伸缩油缸，在设备框架的顶梁上设置有油缸支架，所述的第二伸缩油缸的底部与所述的油缸支架铰接，在所述的底梁的左侧设置有底座，所述的第二伸缩油缸的顶部与所述的底座铰接；试验仓的右侧底部通过铰接底座焊接在设备框架的底座上；通过调节第二伸缩油缸可对试验仓的角度进行一定范围的调节；
[0017]所述的试验仓内部空间设置所述的中间隔离柱，所述的中间隔离柱可沿着底梁进行左、右滑动，在所述的底梁和中间隔离柱上设置有若干第一通孔，当中间隔离柱滑动到适宜位置后，通过螺栓与第一通孔配合对中间隔离柱与底梁进行固定；
[0018]所述的设备框架的左立柱的外侧设置有第一伸缩油缸，第一伸缩油缸的顶部采用定滑轮连接有钢丝绳，所述的钢丝绳的另一端连接所述的反力梁；当第一伸缩油缸伸缩时，所述的反力梁可下降或升起；
[0019]所述的设备框架的顶梁左右两端分别布置有多个电动葫芦；
[0020]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；
[0021]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；
[0022]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；
[0023]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；
[0024]在第二连接板上还安装有与其垂直的支撑架；
[0025]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；
[0026]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；
[0027]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；
[0028]所述的相似材料制备与输送装置用于向所述的料斗本体内输送相似材料；
[0029]所述的安装装置用于对自动铺设装置进行安装，所述的安装装置包括工字钢，所述的工字钢安装在试验仓的前后两侧，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，当试验仓内需要铺设相似模拟材料时，通过设备框架顶部的电动葫芦将所述的自动铺设装置放置在工字钢处，并与工字钢安装在一起。
[0030]上述的注浆装置用于向试验仓进行注浆，包括脚轮、注浆机架、箍圈、注浆罐体、出浆口组成，所述的脚轮可以实现注浆设备的移动，所述的箍圈可以将注浆罐固定在注浆机架的上方，所述的加压装置可以实现压力的增加，使注浆罐中的浆液压力增加，从出浆口中泵出。
[0031]上述技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深部岩层注浆与渗流模拟试验系统，其特征在于：包括设备框架、岩层柔性加载装置、试验仓、自动铺设装置、相似材料制备与输送装置、注浆装置以及安装装置；所述的试验仓位于设备框架内，所述的试验仓包括底梁、左挡板、右挡板、中间隔离柱及反力梁；所述的底梁分别与左挡板、右挡板固定连接，在与所述的底梁相互垂直的方向上设置有第二伸缩油缸，在设备框架的顶梁上设置有油缸支架，所述的第二伸缩油缸的底部与所述的油缸支架铰接，在所述的底梁的左侧设置有底座，所述的第二伸缩油缸的顶部与所述的底座铰接；试验仓的右侧底部通过铰接底座焊接在设备框架的底座上；通过调节第二伸缩油缸可对试验仓的角度进行一定范围的调节；所述的试验仓内部空间设置所述的中间隔离柱，所述的中间隔离柱可沿着底梁进行左、右滑动，在所述的底梁和中间隔离柱上设置有若干第一通孔，当中间隔离柱滑动到适宜位置后，通过螺栓与第一通孔配合对中间隔离柱与底梁进行固定；所述的设备框架的左立柱的外侧设置有第一伸缩油缸，第一伸缩油缸的顶部采用定滑轮连接有钢丝绳，所述的钢丝绳的另一端连接所述的反力梁；当第一伸缩油缸伸缩时，所述的反力梁可下降或升起；所述的设备框架的顶梁左右两端分别布置有多个电动葫芦；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；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；所述的相似材料制备与输送装置用于向所述的料斗本体内输送相似材料；
所述的安装装置用于对自动铺设装置进行安装，所述的安装装置包括工字钢，所述的工字钢安装在试验仓的前后两侧，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，当试验仓内需要铺设相似模拟材料时，通过设备框架顶部的电动葫芦将所述的自动铺设装置放置在工字钢处，并与工字钢安装在一起。2.根据权利要求1所述的一种深部岩层注浆与渗流模拟试验系统，其特征在于：所述的中间隔离柱的底部设置有滚轮，所述的底梁上设置有与滚轮配合的滑轨，通过滚轮和滑轨配合实现中间隔离柱在试验仓内的左、...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘海洋，谢志清，谭克龙，左卿伶，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：