一种矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验装置及方法，涉及渗透性测试技术领域。该装置包括溶液箱、试验箱、压板替换箱、注浆泵、回收池和水泵，溶液箱通过注液管与试验箱相连，试验箱底部与压板替换箱相连，压板替换箱与底板相连，底板与控制面板相连。利用该装置不仅可以开展温度、水质、裂隙宽度、角度及粗糙度单因素或多因素耦合作用下注浆材料性能影响测试，还可以进行温度、水质、水压、水流量、注浆压力单因素或多因素耦合作用对注浆效果影响测试。利用该装置可以控制温度、注水水压及流量、箱内温度、离子溶液浓度、淋溶面积、注浆压力、水压及水流量等，为注浆材料和注浆效果开展相关的研究提供方便。效果开展相关的研究提供方便。效果开展相关的研究提供方便。

【技术实现步骤摘要】
一种矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验装置及方法


[0001]本专利技术涉及渗透性测试
，尤其是一种矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验装置及方法。

技术介绍

[0002]随着矿井开采深度的增加，深部岩层中的岩体所处的环境越来越复杂，内部更易形成微裂纹，且更容易相互贯通，增加了突水灾害发生几率，给煤矿安全生产带来严重威胁。注浆堵水技术是防治矿井水害，保证安全采掘的有效措施之一。
[0003]根据现有技术成果，注浆效果的优劣会受到诸多因素的影响，目前对注浆效果的影响因素研究一般集中在对水压及流量的研究，而对注浆材料性能的测试未考虑到温度、水质耦合作用对其力学性能的影响及温度、裂隙宽度、角度及粗糙度耦合作用对注浆材料扩散规律的影响，也未考虑温度、水质、注浆压力、水压及水流量多个因素综合作用对注浆效果的影响。因此，在现有技术的基础上还需要开展多个因素耦合作用下注浆材料性能及注浆堵水效果测试，进而为煤矿安全开采提供可靠依据。

技术实现思路

[0004]为了开展温度、水质、裂隙宽度、角度及粗糙度单因素或多因素耦合作用下注浆材料性能影响测试，以及温度、水质、水压、水流量、注浆压力单因素或多因素耦合作用对注浆效果影响测试；测试过程中更好的控制温度、注水水压及流量、箱内温度、离子溶液浓度、淋溶面积、注浆压力、水压及水流量等因素，本专利技术提供了一种矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验装置及方法，具体的技术方案如下。
[0005]一种矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验装置，包括溶液箱、试验箱、压板替换箱、注浆泵、回收池和水泵，所述溶液箱通过注液管与试验箱相连，试验箱底部与压板替换箱相连，压板替换箱与底板相连，底板与控制面板相连；所述试验箱内设置有纵向压板、横向压板，以及温度传感器、重量传感器及应力传感器；所述试验箱底部的纵向压板上设置有裂隙和刻度，试验箱顶部设置有盖板，所述盖板上设置有多个注液孔，一个或多个注液孔通过注液管与溶液箱连接；试验箱的左侧面板设置有排水孔和多个注浆孔，右侧面板设置有多个注水孔，注水孔通过注水管与水泵相连；所述排水孔通过排水管与回收池相连，一个或多个注浆孔通过注浆管与注浆泵连接。
[0006]优选的是，注浆管上安装有压力表，所述排水管及注水管上均安装有水压表及流量计；所述注液管、注浆管、排水管及注水管上均安装有阀门
[0007]优选的是，纵向压板上设置有多个开孔，开孔位置与盖板上的注液孔位置相对；所述盖板中部设置有液压支柱，液压支柱连接盖板和纵向压板。
[0008]优选的是，纵向压板通过滚轴旋转，调整裂隙的宽度取值为1～3.5mm，裂隙的角度取值为0
°
～50
°
，裂隙的粗糙度系数取值为JRC＝8～10、14～16、18～20。
[0009]还优选的是，重量传感器设置在试验箱底部的纵向压板的中心位置，所述纵向压
板通过连接螺栓与可旋转滚轴连接，可旋转滚轴上设置有凹槽；所述温度传感器设置在试验箱内部。
[0010]还优选的是，试验箱和压板替换箱外围包覆有保温层，压板替换箱上设置有箱门。
[0011]一种注浆材料扩散试验方法，利用上述的一种矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验装置，步骤包括：
[0012]S1.配制水泥基无机注浆浆液，并搅拌均匀；
[0013]S2.取出试验箱内的纵向压板，安装不锈钢玻璃板；
[0014]S3.软木塞封堵部分注浆孔后，利用注浆泵通过注浆管，由注浆孔向试验箱内注浆；
[0015]S4.浆液与压板替换箱顶部的纵向压板的裂隙齐平时停止注浆；
[0016]S5.加热试验箱至设定的温度后，打开排水管上的阀门，旋转压板替换箱上方的纵向压板，转动至设定的角度后，观测注浆材料的扩散规律；
[0017]S6.打开压板替换箱并清理纵向压板；
[0018]S7.更换压板替换箱上方的纵向压板，设置温度、裂隙角度、裂隙宽度、裂隙粗糙度，重复步骤S1
‑
S6分别观测注浆材料的扩散规律。
[0019]一种注浆材料强度试验方法，利用上述的一种矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验装置，步骤包括：
[0020]S1.配制水泥基无机注浆浆液，并搅拌均匀；
[0021]S2.设置裂隙角度、裂隙宽度、裂隙粗糙度，软木塞封堵部分注浆孔后，利用注浆泵通过注浆管，由注浆孔向试验箱内分层注浆，每层注浆完成后将其捣实；
[0022]S3.注入浆液量大于试验箱容积的四分之三后停止注浆，保持排水管和注水管上的阀门处于关闭状态；
[0023]S4.配置含有Cl
‑
或SO
42
‑
的溶液，倒入溶液箱后记录其浓度值；
[0024]S5.浆液初凝后，软木塞封堵部分注液孔后，打开一个或多个注液管上的阀门，进行局部或整体淋溶实验；
[0025]S6.调整试验箱温度至设定温度后，开启横向压板和纵向压板；
[0026]S7.分析温度、水质对注浆材料强度的影响。
[0027]一种注浆材料抗分散性试验方法，利用上述的一种矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验装置，步骤包括：
[0028]S1.配制水泥基无机注浆浆液，并搅拌均匀；
[0029]S1.配制水泥基无机注浆浆液，并搅拌均匀；
[0030]S2.设置裂隙角度、裂隙宽度、裂隙粗糙度，软木塞封堵部分注浆孔后，利用注浆泵通过注浆管，由注浆孔向试验箱内分层注浆，每层注浆完成后将其捣实；
[0031]S3.注入浆液量大于试验箱容积的四分之三后停止注浆，保持排水管和注水管上的阀门处于关闭状态；
[0032]S4.配置含有Cl
‑
或SO
42
‑
的溶液，倒入溶液箱后记录其浓度值；
[0033]S5.浆液初凝后记录重量传感器的监测数值；
[0034]S6.软木塞封堵部分注水孔后，记录水压表和流量计的数值，调整试验箱温度至设定温度；
[0035]S7.打开排水管阀门，30min后记录重量传感器的监测数值；
[0036]S8.计算结石留存率评价材料的抗分散性。
[0037]一种矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验方法，利用上述的一种矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验装置，步骤包括：
[0038]S1.在试验箱内装入破碎的岩石，岩石量大于试验箱容积的四分之三；
[0039]S2.配制水泥基无机注浆浆液，并搅拌均匀,配置含有Cl
‑
或SO42
‑
的溶液，倒入溶液箱后记录其浓度值；
[0040]S3.打开排水管上的阀门，设定水压后通过水泵向试验箱中注水，保持注水管流量不变，控制试验箱的温度；
[0041]S3.打开注液管上的阀门，同时打开注浆管上的阀门开始注浆，浆液注入试验箱内，直至排水管停止排水后，关闭注液管、注浆管和注水管上的阀门；
[0042]S4.浆液凝固后开启横向压板和纵向压板测试强度记录监测数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验装置，其特征在于，包括溶液箱、试验箱、压板替换箱、注浆泵、回收池和水泵，所述溶液箱通过注液管与试验箱相连，试验箱底部与压板替换箱相连，压板替换箱与底板相连，底板与控制面板相连；所述试验箱内设置有纵向压板、横向压板，以及温度传感器、重量传感器及应力传感器；所述试验箱底部的纵向压板上设置有裂隙和刻度，试验箱顶部设置有盖板，所述盖板上设置有多个注液孔，一个或多个注液孔通过注液管与溶液箱连接；试验箱的左侧面板设置有排水孔和多个注浆孔，右侧面板设置有多个注水孔，注水孔通过注水管与水泵相连；所述排水孔通过排水管与回收池相连，一个或多个注浆孔通过注浆管与注浆泵连接。2.根据权利要求1所述的一种矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验装置，其特征在于，所述注浆管上安装有压力表，所述排水管及注水管上均安装有水压表及流量计；所述注液管、注浆管、排水管及注水管上均安装有阀门。3.根据权利要求1所述的一种矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验装置，其特征在于，所述纵向压板上设置有多个开孔，开孔位置与盖板上的注液孔位置相对；所述盖板中部设置有液压支柱，液压支柱连接盖板和纵向压板。4.根据权利要求1所述的一种矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验装置，其特征在于，所述纵向压板通过滚轴旋转，调整裂隙的宽度取值为1～3.5mm，裂隙的角度取值为0
°
～50
°
，裂隙的粗糙度系数取值为JRC＝8～10、14～16、18～20。5.根据权利要求1所述的一种矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验装置，其特征在于，所述重量传感器设置在试验箱底部的纵向压板的中心位置，所述纵向压板通过连接螺栓与可旋转滚轴连接，可旋转滚轴上设置有凹槽；所述温度传感器设置在试验箱内部。6.根据权利要求1所述的一种矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验装置，其特征在于，所述试验箱和压板替换箱外围包覆有保温层，压板替换箱上设置有箱门。7.一种注浆材料扩散试验方法，利用权利要求1至6任一项所述的一种矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验装置，其特征在于，步骤包括：S1.配制水泥基无机注浆浆液，并搅拌均匀；S2.取出试验箱内的纵向压板，安装不锈钢玻璃板；S3.软木塞封堵部分注浆孔后，利用注浆泵通过注浆管，由注浆孔向试验箱内注浆；S4.浆液与压板替换箱顶部的纵向压板的裂隙齐平时停止注浆；S5.加热试验箱至设定的温度后，打开排水管上的阀门，旋转压板替换箱上方的纵向压板，转动至设定的角度后，观测注浆材料的扩散规律；S6.打开压板替换箱并清理纵向压板；S7.更换压板替换箱上方的纵向压板，设置温度、裂隙角度、裂隙宽度、裂隙粗糙度，重复步骤S1
‑
S6分别观测注...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟韬，吴海凤，孟祥喜，赵吉园，杜衍辉，庞立夫，韩梦珂，李耀华，宋伟国，李浩，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：