CN102680647B - 煤岩体注浆加固试验台及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤矿开采技术领域，公开了一种煤岩体注浆加固试验台及试验方法，该试验台包括框架、煤岩体、注浆泵、加载油缸和液压控制系统，所述煤岩体安装在所述框架的内部，所述注浆泵位于框架的外部，并通过注浆管与煤岩体连接，所述加载油缸固定安装在框架上并位于煤岩体的上方，所述加载油缸在所述液压控制系统的控制下对所述煤岩体进行加载，所述煤岩体中安装有压力传感器，所述压力传感器与框架外部的压力传感器接收仪连接。本发明通过液压控制系统对加载油缸进行加载以调节煤岩体的应力大小，使得煤岩体接近或等同实际煤岩体的应力条件后进行注浆，同时采用压力传感器接收仪监测煤岩体的应力变化，确保注浆试验的真实性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采技术领域，特别是涉及一种煤岩体注浆加固试验台及试验方法。
背景技术
破碎煤岩体在煤矿及其它矿山分布非常广泛。一方面，在节理、层理、裂隙等结构面非常发育的破碎煤岩体中开掘巷道，围岩自稳时间短、破碎范围大、变形强烈。采用锚杆与锚索支护、棚式支架等支护方式，很难有效控制围岩变形。此外，对于高地应力、受强烈采动影响的巷道，掘巷后围岩会产生明显离层、滑动，原生裂隙张开，并出现新的裂纹，导致围岩松散、破碎，破坏范围大，变形剧烈。对这类巷道进行二次加固或维修时，采用锚杆与锚索支护、棚式支架等也很难取得较好的支护效果。对于上述破碎煤岩体条件，注浆加固是解决巷道支护问题的有效途径。
注浆加固是利用浆液充填围岩内的裂隙，将破碎煤岩体固结起来，改善围岩结构的力学性能，提高围岩整体强度，从而增加围岩自身承载能力，保持围岩稳定。影响注浆加固效果的因素很多，包括注浆材料，注浆孔的布置参数(钻孔直径、长度、角度、间排距等)，注浆施工参数(注浆时间、注浆压力、注浆量、浆液扩散半径等)。研究不同煤岩体条件下注浆加固影响因素及加固效果，对深化注浆加固机理研究，提高注浆加固工程质量，保证工程安全具有重要意义。
目前，研究煤岩体注浆加固效果的方法主要有两大类：井下试验与实验室试验。井下试验包括钻孔取岩心，通过注浆前后的取心率评价注浆效果；采用钻孔窥视仪，观察注浆对节理、层理、裂隙及裂纹等结构面的充填和粘结情况；采用弹性波法，通过注浆前后围岩波速比较的方法，确定注浆扩散范围与效果；采用地质雷达等物探方法定性评价注浆效果。井下试验方法的最大优点是获得的数据均为实测数据，能够真实反映井下煤岩体注浆状况。其缺点为：采用取岩心与钻孔窥视方法只能得到钻孔附近的信息，代表性较差；采用弹性波、地质雷达等方法只能定性评价注浆效果，无法获得定量力学参数；由于井下特殊的环境，一些先进监测方法与仪器的应用受到很大限制。实验室试验主要包括对井下取出的岩心进行物理力学试验，对井下取出的煤岩块注浆固结后做成试件进行各种力学试验，以及相似材料模型试验。实验室模型试验的突出优点是：可模拟不同围岩条件与注浆方案，进行多方案比较，经济、快速。其缺点主要表现为：由于煤岩体的复杂性与多变性，模型试验很难做到各方面都与井下的煤岩体相似，在模拟注浆加固时，由于试验设备的限制，其模型太小，不能真实模型浆液在煤岩体中的流动与扩散，严重影响了模型试验的效果与可信度。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何提高煤岩体注浆加固试验的真实性和可靠性。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种煤岩体注浆加固试验台，包括框架、煤岩体、注浆泵、加载油缸和液压控制系统，所述煤岩体安装在所述框架的内部，所述注浆泵位于框架的外部，并通过注浆管与煤岩体连接，所述加载油缸固定安装在框架上并位于煤岩体的上方，所述加载油缸在所述液压控制系统的控制下对所述煤岩体进行加载，所述煤岩体中安装有压力传感器，所述压力传感器与框架外部的压力传感器接收仪连接。
其中，所述煤岩体内设有透明管，所述透明管在框架的侧板上设有观察孔。
其中，所述透明管内安装有窥视探头，所述窥视探头与框架外部的全景窥视接收仪相连接。
其中，所述加载油缸设置为均匀分布在煤岩体上方的多个。
其中，所述框架包括前侧板、后侧板、左侧板、右侧板、立柱、前底座、后底座、底板和横梁，所述前底座和后底座分别安装在所述底板的前、后方，所述前侧板固定在前底座上并采用立柱加固，所述后侧板固定在后底座上并采用立柱加固，所述左侧板和右侧板分别固定安装在所述底板的左、右两侧，所述横梁固定在所述立柱的顶部，所述加载油缸呈倒立状，其底部固定安装在所述横梁上。
其中，所述加载油缸对煤岩体的垂直方向最大的加载载荷为12000–15000kN。
本发明还提供一种如上述的煤岩体注浆加固试验台的试验方法，其特征在于，在框架内填充煤岩体，预测量实际煤岩体的应力分布情况，通过液压控制系统控制加载油缸为煤岩体进行加载，同时根据压力传感器和压力传感器接收仪监测煤岩体的应力变化，当与实际煤岩体的应力分布情况一致时，开启注浆泵对煤岩体进行注浆加固。
(三)有益效果
上述技术方案提供的一种煤岩体注浆加固试验台及试验方法，本发明通过液压控制系统对加载油缸进行加载以调节煤岩体的应力大小，使得煤岩体接近或等同实际煤岩体的应力条件后进行注浆，同时采用压力传感器接收仪监测煤岩体的应力变化，确保了注浆试验的真实性和可靠性；本发明克服了现场试验和以往实验室小型模拟试验存在的缺点，可以进行全模型单孔注浆模拟试验，消除了小尺寸模型对试验结果的影响。
附图说明
图1是本发明一种煤岩体注浆加固试验台的结构示意图；
图2是图1中A-A向的结构示意图。
其中，1、框架；1a、前侧板；1b、横梁；1c、左侧板；1d、底板；1e、立柱；1f、前底座；2、煤岩体；3、注浆泵；3a、注浆管；3b、注浆孔；4、加载油缸；4a、加载板；5、液压控制系统；6a、压力传感器；6b、压力传感器接收仪；7a、透明管；7b、观察孔；7c、窥视探头；7d、全景窥视接收仪。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1和图2，图1为本发明一种煤岩体注浆加固试验台的结构示意图，图中为半剖视图，图2为图1中A-A向的半剖视图，该试验台包括框架1、煤岩体2、注浆泵3、加载油缸4和液压控制系统5，煤岩体2安装在框架1的内部，注浆泵3位于框架1的外部，并通过注浆管3a与煤岩体2连接，加载油缸4固定安装在框架1上并位于煤岩体2的上方，加载油缸4在液压控制系统5的控制下对煤岩体2进行加载，煤岩体2中安装有压力传感器6a，压力传感器6a与框架外部的压力传感器接收仪6b连接。本发明通过液压控制系统5对加载油缸4进行加载以调节煤岩体2的应力大小，使得煤岩体2接近或等同实际煤岩体的应力条件后进行注浆，同时采用压力传感器接收仪6b监测煤岩体2的应力变化，确保了注浆试验的真实性和可靠性；本发明克服了现场试验和以往实验室小型模拟试验存在的缺点，可以进行全模型单孔注浆模拟试验，消除了小尺寸模型对试验结果的影响。
为了使得加载油缸4对煤岩体的加载均匀，煤岩体2的上表面设有加载板4a，加载油缸4通过加载板4a对煤岩体2进行加载。
其中，煤岩体2可为实际煤岩体材料，或者为模拟煤岩体材料；本实施例可根据煤岩体的尺寸，加载油缸可设置为均匀分布在煤岩体上方的多个；加载油缸4对煤岩体2的垂直方向最大的加载载荷为12000–15000kN。本实施例的煤岩体2的规格较大，其注浆深度与实际煤岩体的注浆深度相近，煤岩体2可设计为：宽度为4000mm，高度为2000mm，厚度为2000mm。
为了便于观察框架1内的煤岩体2，本实施例在煤岩体内位于注浆管3a的注浆孔3b一段距离设有设有透明管7a，该透明管7a在框架1的侧板上设有观察孔7b，该透明管7a为透明的塑料管。为了全面观察框架内煤岩体内浆液的流动与扩散情况，本实施例在透明管7a内安装有窥视探头7c，该窥视探头7c与框架外部的全景窥视接收仪7d相连接。
为了能够全面观察注浆浆液在煤岩体裂隙内的流动与扩散的真实状况，对注浆过程引起的围岩应力变化等力学参数进行实时监测，根据煤岩体2的尺寸大小，可设置多个透明管7a和多个压力传感器6a；且使用的压力传感器6a不受煤矿防爆要求等条件限制。
为了便于装入大规格的煤岩体2，并保证框架1的牢固，本实施例的框架1包括前侧板1a、后侧板、左侧板1c、右侧板、立柱1e、前底座1f、后底座、底板1d和横梁1b，前底座1f和后底座1g分别安装在底板1d的前、后方，前侧板1a固定在前底座1f上并采用立柱1e加固，后侧板固定在后底座上并采用立柱1e加固，左侧板1c和右侧板分别固定安装在底板1d的左、右两侧，横梁1b固定在立柱1e的顶部，加载油缸4呈倒立状，其底部固定安装在横梁1b上。加载油缸4的底部固定在横梁上以方便加载油缸4伸长时对煤岩体2进行加载。
本发明的一种上述的煤岩体注浆加固试验台的试验方法，在框架1内填充煤岩体2，预测量实际煤岩体的应力分布情况，通过液压控制系统5控制加载油缸4为煤岩体2进行加载，同时根据压力传感器6a和压力传感器接收仪6b监测煤岩体2的应力变化，当与实际煤岩体的应力分布情况一致或相近时，开启注浆泵3对煤岩体2进行注浆加固。
具体的试验注浆加固过程为：选择一大规格的煤岩体2，将煤岩体2放置在底板1d上，将左、右侧板和前、后底座安装固定，将前、后侧板分别固定安装在前、后底座上，然后安装立柱1e、横梁1b、加载油缸4、窥视探头7c和压力传感器6a，将加载油缸4与液压控制系统5连接，将窥视探头7c与全景窥视接收仪7d连接，将压力传感器6a与压力传感器接收仪6b连接，将注浆泵3与煤岩体内的注浆管3a连接，根据预先测得的实际煤岩体的应力分布情况，液压控制系统5对加载油缸4供油并调节加载油缸4的伸长量，使得加载油缸4对煤岩体2进行加载，同时通过压力传感器6a和压力传感器接收仪6b观察煤岩体的应力变化，使得煤岩体2的应力分布情况与实际煤岩体相近或一致时，开启注浆泵3对煤岩体2进行注浆加固，该试验结果真实、可靠。在整个试验过程中，可通过窥视探头7c和全景窥视接收仪7d全面观察框架内煤岩体内浆液的流动与扩散情况；并在注浆完毕后，在煤岩体2中不同位置钻取岩心，然后进行岩心的力学性能试验，评价效果；注浆后对煤岩体进行剖切，确定注浆扩散范围，全面揭示浆液注入后在煤岩体各方向裂隙内的渗透情况，整体评价注浆效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种煤岩体注浆加固试验台，其特征在于，包括框架、煤岩体、注浆泵、加载油缸和液压控制系统，所述煤岩体安装在所述框架的内部，所述注浆泵位于框架的外部，并通过注浆管与煤岩体连接，所述加载油缸固定安装在框架上并位于煤岩体的上方，所述加载油缸在所述液压控制系统的控制下对所述煤岩体进行加载，所述煤岩体中安装有压力传感器，所述压力传感器与框架外部的压力传感器接收仪连接。
2.如权利要求1所述的煤岩体注浆加固试验台，其特征在于，所述煤岩体内设有透明管，所述透明管在框架的侧板上设有观察孔。
3.如权利要求2所述的煤岩体注浆加固试验台，其特征在于，所述透明管内安装有窥视探头，所述窥视探头与框架外部的全景窥视接收仪相连接。
4.如权利要求1所述的煤岩体注浆加固试验台，其特征在于，所述加载油缸设置为均匀分布在煤岩体上方的多个。
5.如权利要求1所述的煤岩体注浆加固试验台，其特征在于，所述框架包括前侧板、后侧板、左侧板、右侧板、立柱、前底座、后底座、底板和横梁，所述前底座和后底座分别安装在所述底板的前、后方，所述前侧板固定在前底座上并采用立柱加固，所述后侧板固定在后底座上并采用立柱加固，所述左侧板和右侧板分别固定安装在所述底板的左、右两侧，所述横梁固定在所述立柱的顶部，所述加载油缸呈倒立状，其底部固定安装在所述横梁上。
6.如权利要求1所述的煤岩体注浆加固试验台，其特征在于，所述加载油缸对煤岩体的垂直方向最大的加载载荷为12000–15000kN。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的煤岩体注浆加固试验台的试验方法，其特征在于，在框架内填充煤岩体，预测量实际煤岩体的应力分布情况，通过液压控制系统控制加载油缸为煤岩体进行加载，同时根据压力传感器和压力传感器接收仪监测煤岩体的应力变化，当与实际煤岩体的应力分布情况一致时，开启注浆泵对煤岩体进行注浆加固。
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