CN108287230A - 裂隙含水层多孔注浆加固多功能蟹式试验台 - Google Patents

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许延春
耿浩博
罗亚麒
李见波
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    • G01N33/24—Earth materials

Abstract

本发明公开了一种可模拟裂隙含水层多孔注浆加固过程和机理的模拟试验装置。它由配料系统、探测系统、试验台和检测观测系统组成。配料系统是根据实验要求对实验材料进行分类；探测系统可以对注浆压力和注浆量、裂隙、岩块和浆液等的探测；试验台由试验箱体和相应的辅助设备组成；检测观测系统观测注浆运移和检测多功能接口处的水压。该装置可以在多孔、多压力注浆的情况下，认识不同粘度材料的注浆浆液，在不同宽度、密度、连通性的裂隙含水层中浆液的运移和充填特征；获得注浆充填路径与区域、注浆前后岩体的物理性质的变化特征，有助于认识注浆加固含水层的机理，掌握各影响因素的相互关系，归纳注浆模型和工程判据，指导煤矿防治水害工作。

Description

裂隙含水层多孔注浆加固多功能蟹式试验台
技术领域
本发明涉及一种可模拟裂隙含水层注浆加固相似模拟试验装置，尤其适用于采矿工程领域中涉及注浆加固改造含水层的相似模拟试验。
背景技术
中国煤炭资源丰富，然而，我国的煤炭资源的开采受水害威胁严重，水害作为作为仅次于瓦斯爆炸的五大灾害之一，造成的人员伤亡和直接经济损失一直排在煤矿灾害的首位。注浆技术是一项实用性强、应用范围广的工程技术，已被广泛的应用到煤矿、隧道、边坡、桥梁等各个领域，具有广阔的发展空间，尤其是在岩土加固工程中应用更加广，由于岩土体赋存的地址环境复杂，且往往带有地下水的影响，注浆技术已成为改善岩土体结构及性能，提高岩土体自承载能力的有效途径之一。煤岩体注浆是通过外界压力将浆液注入煤岩体中，浆液以充填、渗透、劈裂等方式，驱走煤岩体裂隙中的水分或空气，使裂隙煤岩体胶结成一个整体，改善煤岩体的物理力学性能，达到防渗漏、提高煤岩体稳定性的作用，是一种有效矿井水害防止技术方法。因此充分认识注浆加固改造含水层的机理对于指导煤矿防治水害工作显得尤为重要。
针对上述问题，设计一台能够模拟裂隙含水层注浆加固相似模拟试验装置，使得能够认识注浆加固改造含水层机理，回纳注浆模型和工程判据，指导煤矿防治水害工作显得尤为重要。
发明内容
为了充分认识注浆加固改造含水层的机理回纳注浆模型和工程判据，指导煤矿防治水害工作。本发明提供了一种可以实现裂隙含水层注浆加固相似模拟的实验装置。该装置可以观测在多孔注浆的情况下，不同粘度的注浆材料在不同裂隙宽度、密度的含水层中的运移和充填特征，有助于认识注浆加固含水层的机理，回纳注浆模型和工程判据，指导煤矿防治水害工作。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种可模拟裂隙含水层注浆加固相似模拟试验装置，其特征在于，它由配料系、探测系统、试验台和检测观测系统组成，其中：
所述的配料系统，裂隙含水层注浆加固相似模拟试验所需要的主要材料有岩体和浆液两大部分，根据不同的实验要求对实验材料进行分类。根据岩块的块度、裂隙的密度、裂隙的宽度以及裂隙的畅通比对岩块进行制作分类。浆液由水泥和黄土组成，水泥根据不同的砂石配比对其进行分类，黄土则根据不同的试验要求可选择普通黄土、膨润土以及粉煤灰等。
所述的探测系统，该系统可以实现对每组岩块和浆液的探测。通过超声波获得每组岩块不同裂隙组合下裂隙岩体的弹性模量，还可以实现对浆液粘度和强度的检验试验。
所述的试验台，由试验箱体、有机玻璃盖、橡胶闭封垫、加强筋、钢带、螺栓、螺母以及配有水压表、水位计、注浆泵、超声波、粘度仪和抗拉强度试验仪共同组成。
所述的检测观测系统，通过上部的有机玻璃盖可以直观观测注浆的运移过程，试验台每边有三个共九个多功能接口，称之为“蟹式”，分别为浆液注入口，泄水口，水压检测口等，可以实现多组合的注浆、泄水和检测水压。
一种利用本发明的装置进行相似模拟试验，试验过程和方法是：
第一步实验材料的制作，通过模具控制岩块的尺寸以控制裂隙的密度；通过裂隙阻隔控制渗流路径；通过宽度控制器控制裂隙宽度；通过边区域倾斜岩块可以改变裂隙与注浆、泄水的角度。通过对浆液中水泥、黄土和水之间不同的配比实现对浆液粘度的控制，黄土可选普通黄土、膨润土、粉煤灰作为实验材料，同时也可以通过调节黄土中的颗粉比例控制注浆液的粘度。
第二步探测实验材料，通过超声波观测获得裂隙岩体的弹性模量，认识注浆后裂隙岩体与未注浆裂隙岩体弹性模量的差异性。通过粘度仪探测已配比黄土的粘度。
第三步向试验台注入浆液，通过控制注浆的压力、流量以及单孔或多孔注浆实现对模拟试验的多方面认识。
第四步记录实验数据观测试验现象，通过多功能接口处的水压表测量泄水口的水压认识单孔或多孔注浆的水压显现特征、注浆连通区域与未连通区域的水压传导以及注浆过程含水层水压的分布特征。通过有机玻璃盖可以直观观测注浆液的运移过程，认识不同配比及粘度的浆液在裂隙岩体的流动与充填特征，认识不同裂隙密度角度和宽度对浆液流动的影响
本发明的有益效果：
1、本发明可以直观认识不同配比及粘度的浆液在裂隙岩体的流动与充填特征。
2、本发明可以认识单孔或多孔注浆的水压的显现特征。
3、本发明可以认识不同裂隙密度角度和宽度对浆液流动的影响。
4、本发明可以认识注浆连通区域与未连通区域的水压传导。
5、本发明可以认识注浆过程含水层水压的分布特征。
6、本发明可以通过超声波观测，认识注浆后裂隙岩体与未注浆裂隙岩体动弹模的差异性，通过粘度仪测量浆液的粘度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明一种可模拟裂隙含水层注浆加固的试验装置及方法进行描述和说明。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的俯视图。
图3为本发明的侧视图。
图4位本发明的主视图。
图中1.裂隙，2.岩块，3.裂隙阻隔，4.水位计，5.泄水胶囊，6.水压表，7.注浆口，8.多功能接口，9.实验箱体，10.裂隙宽度控制，11.有机玻璃盖，12.螺栓，13.螺母，14.钢带，15.加强筋，16.橡胶闭封垫。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步说明。
如图1-4所示，一种可模拟裂隙含水层注浆加固相似模拟试验装置，它由配料系、探测系统、试验台和检测观测系统组成，其中：
所述的配料系统，裂隙含水层注浆加固相似模拟试验所需要的主要材料有岩体和浆液两大部分，根据不同的实验要求对实验材料进行分类。根据岩块的块度、裂隙的密度、裂隙的宽度以及裂隙的畅通比对岩块进行制作分类。浆液由水泥和黄土组成，水泥根据不同的砂石配比对其进行分类，黄土则根据不同的试验要求可选择普通黄土、膨润土以及粉煤灰等。
所述的探测系统，该系统可以实现对每组岩块和浆液的探测。通过超声波获得每组岩块不同裂隙组合下裂隙岩体的弹性模量，还可以实现对浆液粘度和强度的检验试验。
所述的验台，由试验箱体9、有机玻璃盖11、橡胶闭封垫16、加强筋15、钢带14、螺栓12、螺母13以及配有水压表6、水位计4、注浆泵5、超声波、粘度仪和抗拉强度试验仪共同组成。
所述的检测观测系统，通过上部的有机玻璃盖11可以直观观测注浆的运移过程，试验台每边有三个共九个多功能接口8，称之为“蟹式”，分别为浆液注入口7，泄水口5，水压检测口6等，可以实现多组合的注浆、泄水和检测水压。
一种利用本发明的装置进行的裂隙含水层注浆加固相似模拟试验，其特征是：
第一步实验材料的制作，通过模具控制岩块的尺寸以控制裂隙的密度；通过裂隙阻隔3 控制渗流路径；通过宽度控制器10控制裂隙宽度；通过边区域倾斜岩块可以改变裂隙与注浆、泄水的角度。通过对浆液中水泥、黄土和水之间不同的配比实现对浆液粘度的控制，黄土可选普通黄土、膨润土、粉煤灰作为实验材料，同时也可以通过调节黄土中的颗粉比例控制注浆液的粘度。
第二步探测实验材料，通过超声波观测获得裂隙岩体的弹性模量，认识注浆后裂隙岩体与未注浆裂隙岩体弹性模量的差异性。通过粘度仪探测已配比黄土的粘度。
第三步向试验台注入浆液，通过控制注浆的压力、流量以及单孔或多孔注浆实现对模拟试验的多方面认识。
第四步记录实验数据观测试验现象，通过多功能接口处的水压表6测量泄水口的水压认识单孔或多孔注浆的水压显现特征、注浆连通区域与未连通区域的水压传导以及注浆过程含水层水压的分布特征。通过有机玻璃盖11可以直观观测注浆液的运移过程，认识不同配比及粘度的浆液在裂隙岩体的流动与充填特征，认识不同裂隙密度角度和宽度对浆液流动的影响。

Claims (2)

1.一种可模拟裂隙含水层注浆加固相似模拟试验装置，其特征在于，它由配料系统、探测系统、试验台和检测观测系统组成，其中：
所述的配料系统，裂隙含水层注浆加固相似模拟试验所需要的主要材料有岩体和浆液两大部分，根据不同的实验要求对实验材料进行分类。根据岩块的块度、裂隙的密度、裂隙的宽度以及裂隙的畅通比对岩块进行制作分类。浆液由水泥和黄土组成，水泥根据不同的砂石配比对其进行分类，黄土则根据不同的试验要求可选择普通黄土、膨润土以及粉煤灰等。
所述的探测系统，该系统可以实现对每组岩块和浆液的探测。通过超声波获得每组岩块不同裂隙组合下裂隙岩体的弹性模量，还可以实现对浆液粘度和强度的检验试验。
所述的试验台，由试验箱体、有机玻璃盖、橡胶闭封垫、加强筋、钢带、螺栓、螺母以及配有水压表、水位计、注浆泵、超声波、粘度仪和抗拉强度试验仪共同组成。
所述的检测观测系统，通过上部的有机玻璃盖可以直观观测注浆的运移过程，试验台每边有三个共九个多功能接口，称之为“蟹式”，分别为浆液注入口，泄水口，水压检测口等，可以实现多组合的注浆、泄水和检测水压。
2.一种利用权利1要求所述的试验装置进行裂隙含水层注浆加固相似模拟试验，其特征在于：
第一步实验材料的制作，通过模具控制岩块的尺寸以控制裂隙的密度；通过裂隙阻隔控制渗流路径；通过宽度控制器控制裂隙宽度；通过边区域倾斜岩块可以改变裂隙与注浆、泄水的角度。通过对浆液中水泥、黄土和水之间不同的配比实现对浆液粘度的控制，黄土可选普通黄土、膨润土、粉煤灰作为实验材料，同时也可以通过调节黄土中的颗粉比例控制注浆液的粘度。
第二步探测实验材料，通过超声波观测获得裂隙岩体的弹性模量，认识注浆后裂隙岩体与未注浆裂隙岩体弹性模量的差异性。通过粘度仪探测已配比黄土的粘度。
第三步向试验台注入浆液，通过控制注浆的压力、流量以及单孔或多孔注浆实现对模拟试验的多方面认识。
第四步记录实验数据观测试验现象，通过多功能接口处的水压表测量泄水口的水压认识单孔或多孔注浆的水压显现特征、注浆连通区域与未连通区域的水压传导以及注浆过程含水层水压的分布特征。通过有机玻璃盖可以直观观测注浆液的运移过程，认识不同配比及粘度的浆液在裂隙岩体的流动与充填特征，认识不同裂隙密度角度和宽度对浆液流动的影响。
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