注浆充填浆液扩散距离模拟实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种注浆充填浆液扩散距离模拟实验装置及方法，涉及煤矿开采注浆充填技术领域，该装置包括浆液流动单元、浆液配置单元、浆液输送单元和数据采集单元；浆液流动单元包括流动管道、浆液流动层、单一透水层、均匀吸水层；浆液配置单元能够配置注浆充填浆液；浆液输送单元能够将所述浆液配置单元配置的注浆充填浆液输送到所述浆液流动层的起始端；数据采集单元能够随时间的变化记录注浆充填浆液在浆液流动层中的扩散距离。本发明专利技术的优点在于：能够很好地适用于高相似性前提下的注浆充填浆液在覆岩隔离层裂隙内的扩散模拟实验。充填浆液在覆岩隔离层裂隙内的扩散模拟实验。充填浆液在覆岩隔离层裂隙内的扩散模拟实验。

【技术实现步骤摘要】
注浆充填浆液扩散距离模拟实验装置及方法


[0001]本专利技术涉及煤矿开采注浆充填
，尤其涉及一种注浆充填浆液扩散距离模拟实验装置及方法。

技术介绍

[0002]覆岩隔离注浆充填是煤矿绿色开采技术体系的重要组成部分之一。近年来在解决建筑物下方压煤问题中发挥了重要作用，逐渐成为矿企解决采掘接替难题的重要手段。该方法充分利用岩层移动规律，通过对选定的关键层下隔离层腔体实施高压注浆充填，从而增大可注空间，使覆岩形成压实承载结构，支撑关键层，进而有效控制地表沉陷，保护地面构筑物。
[0003]该技术研究的重点之一是浆液在覆岩裂隙内的扩散规律。由于实际地层的复杂性，现有的原位测试方法无法直观反应浆液在隔离层内的扩散过程。目前，室内相似模拟实验是研究浆液扩散理论及注浆技术的重要手段，传统的相似模拟实验系统虽然在一定程度上满足了特定工程背景下的模拟需要，但模拟尺度较小且相似性不足，实验系统的设计通常是根据实际的工况特点进行了诸多简化。例如，在考虑实验系统尺寸相似、运动相似、动力相似条件下，受实验室场地、实验设备等限制，时间相似不足。粉煤灰浆液为固液两相流，浆液具有明显的沉析特性(浆液不断析水沉积形成水灰分离的现象)，因此，浆液流动过程中的时间相似是决定相似性的关键因素。同时，传统的相似模拟实验系统虽然可以实现不同隔离层渗透特性的模拟，但相似模拟材料制备和铺设过程十分复杂且系统的成型时间较长，因此，利用该类实验系统对浆液的流动进行多次模拟工作量十分巨大，基本上无法实现。综上，传统的相似模拟实验仅在定性层面探讨了覆岩注浆充填浆液的扩散规律，不能很好地适用于高相似性前提下的覆岩隔离注浆充填浆液在隔离层裂隙内的多组次扩散模拟实验研究。
[0004]公布号为CN110530762A的专利文献公开了一种注浆加固液扩散试验装置，包括试验箱体、注浆管和注浆设备；试验箱体中能够填充煤岩样，试验箱体的顶部开设有供注浆管伸入试验箱体内腔的通孔，注浆管的下端伸入试验箱体一端的表面开设有透浆孔，注浆管的上端与注浆设备浆液的输出端连接。该装置的模拟尺度较小且相似性不足，不能很好地适用于高相似性前提下的覆岩隔离注浆充填浆液在覆岩隔离层裂隙内的多组次扩散模拟实验研究。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种能够适用于高相似性前提下的注浆充填浆液在覆岩隔离层裂隙内的扩散模拟实验的注浆充填浆液扩散距离模拟实验装置及方法。
[0006]本专利技术是通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：注浆充填浆液扩散距离模拟实验装置，包括浆液流动单元、浆液配置单元、浆液输送单元和数据采集单元；
[0007]所述浆液流动单元包括流动管道、浆液流动层、单一透水层、均匀吸水层、刻度尺；所述流动管道透明，所述流动管道上固定连接有沿其长度方向延伸的刻度尺；所述流动管道的内部从下到上依次铺设有沿其长度方向延伸的均匀吸水层、单一透水层和浆液流动层；
[0008]所述浆液配置单元能够配置注浆充填浆液；
[0009]所述浆液输送单元能够将所述浆液配置单元配置的注浆充填浆液输送到所述浆液流动层的起始端；
[0010]所述数据采集单元能够随时间的变化记录注浆充填浆液在所述浆液流动层中的扩散距离。
[0011]均匀吸水层能够均匀吸水，单一透水层只允许水分通过且不具有吸水性，浆液流动层能够模拟隔离层的渗水条件，该装置为注浆充填浆液扩散提供了模拟环境，模拟尺度大，相似性高，能够根据研究需要开展注浆充填浆液流动规律模拟实验，很好地适用于高相似性前提下的注浆充填浆液在覆岩隔离层裂隙内的扩散模拟实验，解决了现场原位测试工程量大、费用高的难题，将实际难以测量的数据通过实验室模拟进行再现，为工程设计与施工提供了依据与参考。
[0012]作为优化的技术方案，所述流动管道透明，所述流动管道上固定连接有沿其长度方向延伸的刻度尺；
[0013]所述数据采集单元包括湿度传感器、湿度采集系统、摄像机、影像采集系统；沿所述流动管道的长度方向每隔一定距离设有一个插进所述均匀吸水层中的湿度传感器；各湿度传感器分别连接所述湿度采集系统；所述摄像机对准所述流动管道；所述摄像机连接所述影像采集系统；
[0014]所述流动管道的一侧下部沿长度方向每隔一定距离设有一组传感器插孔，各湿度传感器的伸出柱分别通过所述传感器插孔插进所述均匀吸水层中。
[0015]作为优化的技术方案，所述浆液流动层、单一透水层均能够拆卸。通过更换不同原料配比的浆液流动层，模拟不同底板条件下的无压阶段浆液流动，实现同一装置进行不同渗水底板条件下的浆液扩散模拟。
[0016]作为优化的技术方案，所述流动管道包括多个凹槽管道，所述凹槽管道上设有沿自身长度方向延伸且开口向上的凹槽，各凹槽管道沿所述流动管道的长度方向依次排列并相互连通，相邻凹槽管道的衔接端通过法兰固定连接；所述浆液流动单元还包括挡板，所述挡板封闭在所述流动管道的起始端，所述挡板的中心位置设有注浆孔，所述注浆孔的位置对应所述浆液流动层的起始端。
[0017]作为优化的技术方案，所述浆液流动层采用水泥灰、粗砂石、细砂石和水作为原料，细砂石粒径为1.6～4mm，粗砂石粒径为10～30mm。
[0018]作为优化的技术方案，所述单一透水层采用藻酸铜半透膜。
[0019]作为优化的技术方案，所述均匀吸水层采用彩石环氧通体透水材料。
[0020]作为优化的技术方案，所述浆液配置单元包括固定支架、储浆器、搅拌机、搅拌机调速器，所述储浆器安装在所述固定支架上，所述搅拌机能够在所述储浆器的内部进行搅拌，所述搅拌机调速器连接所述搅拌机。
[0021]作为优化的技术方案，所述浆液输送单元包括固定套管夹、注浆管道、注浆泵；所
述注浆管道的一端伸入所述储浆器的内部，另一端伸入所述流动管道的内部，所述注浆管道通过所述固定套管夹固定连接在所述储浆器的内壁上；所述注浆泵安装在所述注浆管道的中部，所述注浆泵采用蠕动泵。
[0022]注浆充填浆液扩散距离模拟实验方法，采用所述注浆充填浆液扩散距离模拟实验装置，包括以下步骤：
[0023]步骤a，浆液配置单元配置注浆充填浆液；
[0024]步骤b，将浆液输送单元连接在浆液配置单元与浆液流动层的起始端之间进行注浆；
[0025]步骤c，数据采集单元每隔一定时间记录一次浆液扩散距离，得到扩散时间与浆液扩散距离的函数关系；
[0026]步骤d，实验完毕后，拆卸浆液流动层和单一透水层，对所述注浆充填浆液扩散距离模拟实验装置进行清洗；
[0027]步骤e，待所述注浆充填浆液扩散距离模拟实验装置晾干后，更换新的单一透水层并重新浇筑另一种配比的浆液流动层，重复下一组次的注浆实验。
[0028]本专利技术的优点在于：
[0029]1、该装置为注浆充填浆液扩散提供了模拟环境，模拟尺度大，相似性高，能够根据研究需要开展注浆充填浆液流动规律模拟实验，很好地适用于高相似性前提下的注浆充填浆液在覆岩隔离层裂隙内的扩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种注浆充填浆液扩散距离模拟实验装置，其特征在于：包括浆液流动单元、浆液配置单元、浆液输送单元和数据采集单元；所述浆液流动单元包括流动管道、浆液流动层、单一透水层、均匀吸水层、刻度尺；所述流动管道透明，所述流动管道上固定连接有沿其长度方向延伸的刻度尺；所述流动管道的内部从下到上依次铺设有沿其长度方向延伸的均匀吸水层、单一透水层和浆液流动层；所述浆液配置单元能够配置注浆充填浆液；所述浆液输送单元能够将所述浆液配置单元配置的注浆充填浆液输送到所述浆液流动层的起始端；所述数据采集单元能够随时间的变化记录注浆充填浆液在所述浆液流动层中的扩散距离。2.如权利要求1所述的注浆充填浆液扩散距离模拟实验装置，其特征在于：所述流动管道透明，所述流动管道上固定连接有沿其长度方向延伸的刻度尺；所述数据采集单元包括湿度传感器、湿度采集系统、摄像机、影像采集系统；沿所述流动管道的长度方向每隔一定距离设有一个插进所述均匀吸水层中的湿度传感器；各湿度传感器分别连接所述湿度采集系统；所述摄像机对准所述流动管道；所述摄像机连接所述影像采集系统；所述流动管道的一侧下部沿长度方向每隔一定距离设有一组传感器插孔，各湿度传感器的伸出柱分别通过所述传感器插孔插进所述均匀吸水层中。3.如权利要求1所述的注浆充填浆液扩散距离模拟实验装置，其特征在于：所述浆液流动层、单一透水层均能够拆卸。4.如权利要求1所述的注浆充填浆液扩散距离模拟实验装置，其特征在于：所述流动管道包括多个凹槽管道，所述凹槽管道上设有沿自身长度方向延伸且开口向上的凹槽，各凹槽管道沿所述流动管道的长度方向依次排列并相互连通，相邻凹槽管道的衔接端通过法兰固定连接；所述浆液流动单元还包括挡板，所述挡板封闭在所述流动管道的起始端，所述挡板的中心位置设有注浆孔，所述注浆孔的位置对应所述浆液流动层的起始端。5.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：董祥林，轩大洋，周为军，张明伟，方宝松，李建，魏祥平，崔家圣，陈亮，
申请(专利权)人：中国矿业大学淮北矿业股份有限公司临涣煤矿，
类型：发明
国别省市：