CN108761040A - 一种受限空间内带压注浆模拟装置及其使用方法 - Google Patents

一种受限空间内带压注浆模拟装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

一种受限空间内带压注浆模拟装置及其使用方法，包括一试样模具、一围压支架、一轴压加载系统、两围压加载系统、一储浆罐、一注浆泵、一进浆管、一回浆管、一压力表、一流量计；试样模具设置于围压支架上；储浆罐连接注浆泵；注浆泵通过进浆管连接到试样模具；试样模具通过回浆管连接到储浆罐；进浆管上设置压力表和流量计；试样模具的上方连接轴压加载系统，试样模具的两侧分别连接围压加载系统；进浆管上还设有一进浆管阀门，回浆管上还设有所述回浆管阀门。本发明通过对破碎岩体施加轴向压力和围压，模拟井下破碎岩体所处真实地应力环境，再通过对破碎岩体进行带压注浆，较为真实的还原了工程现场的注浆条件。

Description

一种受限空间内带压注浆模拟装置及其使用方法
技术领域
本发明属于材料性能测试技术领域，尤其是指一种受限空间内带压注浆模拟装置及其使用方法。
背景技术
随着矿井开采范围的扩大及深度的增加，不稳定和极不稳定的破碎岩体与日俱增，破碎顶板易造成顶板冒落事故，给矿井安全生产带来严重威胁。对于破碎岩体而言，注浆通过改善极破碎岩体结构及其性能，可以有效解决顶板事故给矿井安全生产带来的困扰。
为了有效地指导注浆实践，通常需要把现场的破碎岩体拿到室内进行注浆，将注浆后的试件再进行研究分析，确定注浆过程中，浆液类型与被注介质的匹配关系、注浆压力和注浆时间等，从而为以后现场施工注浆提供依据。
中国实用新型专利ZL200720310235.6公开了一种“高压注浆试验模型装置”，该装置注浆时仅能考虑单轴压缩和注浆压力，没有考虑围压影响。在此基础上，中国发明专利ZL201410205464.6公开了一种“矿山软岩注浆试件室内模拟制作方法及制作装置”，该装置综合考虑围压、轴压、注浆压力及渗透作用的影响，但围压加载过程中液压油直接与试件接触，污染了试件。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种受限空间内带压注浆模拟装置及其使用方法，能够较为真实的反应破碎顶板所处应力状态，进而有效地进行注浆测试实验。
本发明是这样实现的：
一种受限空间内带压注浆模拟装置，包括一试样模具、一围压支架、一轴压加载系统、两围压加载系统、一储浆罐、一注浆泵、一进浆管、一回浆管、一压力表、一流量计；
所述试样模具设置于所述围压支架上；
所述储浆罐连接所述注浆泵；所述注浆泵通过所述进浆管连接到所述试样模具；所述试样模具通过所述回浆管连接到所述储浆罐；
所述进浆管上设置所述压力表和所述流量计；
所述试样模具的上方连接所述轴压加载系统，所述试样模具的两侧分别连接所述围压加载系统；
所述进浆管上还设有一进浆管阀门，所述回浆管上还设有所述回浆管阀门。
进一步地，所述轴压加载系统，包括一轴压加载装置、一轴压加载杆、一轴压加载盘；所述轴压加载杆的上端与所述轴压加载装置相连接；所述轴压加载杆的下端与所述轴压加载盘连接；所述轴压加载盘设置于所述试样模具上，所述轴压加载盘的直径比所述试样模具的直径小6~12mm；所述轴压加载杆的中空段连接所述回浆管。
进一步地，所述围压加载体系统，包括一围压加载装置、一围压加载杆、一加载面；所述围压加载杆的一端连接所述围压加载装置，另一端连接所述加载面；所述加载面连接到所述试样模具，所述加载面为弧形。
进一步地，所述试样模具由高弹性、高强度塑料制成；所述试样模具包括模具体、模具盖；所述模具盖的内径为50~75mm，高度为内径的2~3倍，厚度为3~6mm；所述模具盖与所述模具体通过螺纹连接，两者之间设有一密封圈。
进一步地，所述围压支架，包括支撑盘、支座；所述支撑盘中心开一通孔，用于连接进浆管；所述支座通过地脚螺栓固定在平整的地面。
一种受限空间内带压注浆模拟装置的使用方法，包括如下步骤：
（1）装填破碎岩石：根据破碎岩体粒径级配原则，选取一定量的岩石，将这些破碎岩石装入试样模具，并将模具盖旋紧；
（2）设备连接：将试样模具放置在围压支架的支撑盘上，进浆管、回浆管分别连接到试样模具，再将回浆管连接到储浆罐，将注浆泵与储浆罐相连；
（3）加载轴压、围压：首先利用轴向加载系统向试样模具缓慢加压，待轴压达到设定值的¼时，再通过围压加载系统向试样模具缓慢施加围压，直至轴压、围压达到设定值，并保持该值不变；
（4）注浆：在储浆罐内把浆液配置好，设定注浆压力，启动注浆泵，控制注浆流量；当浆液从回浆管内回流储浆罐时，关闭回浆管阀门；当注浆压力达到设定压力时，关闭进浆阀门；
（5）形成待测试块：注浆结束24小时后，卸载轴压、围压，将试块从试样模具内取出，再对试块进行相关力学实验；
（6）整理仪器设备：对仪器设备进行整理、拆卸，清洗注浆泵、储浆罐、注浆管、回浆管。
本发明的优点在于：本发明的装置通过对破碎岩体施加轴向压力和围压，模拟井下破碎岩体所处真实地应力环境，再通过对破碎岩体进行带压注浆，较为真实的还原了工程现场的注浆条件，确定了浆液类型与被注介质的匹配关系、注浆压力和注浆时间等，从而为以后现场施工注浆提供依据。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。
图1是本发明的装置连接关系示意图。
图2是本发明的轴压加载系统结构示意图。
图3是本发明的试样模具结构示意图。
图4是本发明的围压加载系统结构示意图。
图5是本发明的围压支架结构示意图。
具体实施方式
如图1至图5所示，一种受限空间内带压注浆模拟装置，包括一轴压加载系统1、一试样模具2、一围压支架5、两围压加载系统4、一储浆罐11、一注浆泵10、一进浆管6、一回浆管12、一压力表7、一流量计8；
试样模具2设置于所述围压支架5上。
储浆罐11连接注浆泵10；注浆泵10通过进浆管6连接到试样模具2；试样模具2通过回浆管12连接到储浆罐11。
进浆管6上设置压力表7和流量计8。
试样模具2的上方连接轴压加载系统1，试样模具2的两侧分别连接围压加载系统4。
进浆管6上还设有一进浆管阀门9，回浆管12上还设有回浆管阀门3。
轴压加载系统1，包括一轴压加载装置1-1、一轴压加载杆1-2、一轴压加载盘1-3；轴压加载杆1-2的上端与轴压加载装置1-1相连接；轴压加载杆1-2的下端与轴压加载盘1-3连接；轴压加载盘1-3设置于试样模具2上，轴压加载盘1-3的直径比试样模具的直径小6~12mm；轴压加载杆1-2具有中空段连接回浆管12。
围压加载体系统4，包括一围压加载装置4-1、一围压加载杆4-2、一加载面4-3；围压加载杆4-2的一端连接围压加载装置4-1，另一端连接加载面4-3；加载面4-3连接到试样模具2，加载面4-3为弧形。
试样模具2由高弹性、高强度塑料制成。试样模具2包括模具体2-1、模具盖2-2；模具盖2-2的内径为50~75mm，高度为内径的2~3倍，厚度为3~6mm；模具盖2-2与模具体2-1通过螺纹连接，两者之间设有一密封圈（图未示）。
围压支架5，包括支撑盘5-1、支座5-2；支撑盘5-1中心开一通孔，用于连接进浆管；支座5-2通过地脚螺栓固定在平整的地面。
上述的受限空间内带压注浆模拟装置的使用方法，包括如下步骤：
（1）装填破碎岩石：根据破碎岩体粒径级配原则，选取一定量的岩石，将这些破碎岩石装入试样模具2，并将模具盖2-2旋紧；
（2）设备连接：将试样模具2放置在围压支架5的支撑盘5-1上，进浆管6、回浆管12分别连接到试样模具2，再将回浆管12连接到储浆罐11，将注浆泵10与储浆罐11相连；
（3）加载轴压、围压：首先利用轴向加载系统1向试样模具2缓慢加压，待轴压达到设定值的¼时，再通过围压加载系统4向试样模具2缓慢施加围压，直至轴压、围压达到设定值，并保持该值不变；
（4）注浆：在储浆罐11内把浆液配置好，设定注浆压力，启动注浆泵10，控制注浆流量；当浆液从回浆管12内回流储浆罐11时，关闭回浆管阀门3；当注浆压力达到设定压力时，关闭进浆阀门9；
（5）形成待测试块：注浆结束24小时后，卸载轴压、围压，将试块从试样模具2内取出，再对试块进行相关力学实验；
（6）整理仪器设备：对仪器设备进行整理、拆卸，清洗注浆泵10、储浆罐11、注浆管6、回浆管12。
本发明的装置通过对破碎岩体施加轴向压力和围压，模拟井下破碎岩体所处真实地应力环境，再通过对破碎岩体进行带压注浆，较为真实的还原了工程现场的注浆条件，确定了浆液类型与被注介质的匹配关系、注浆压力和注浆时间等，从而为以后现场施工注浆提供依据。以上所述仅为本发明的较佳实施用例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种受限空间内带压注浆模拟装置，其特征在于：包括一试样模具、一围压支架、一轴压加载系统、两围压加载系统、一储浆罐、一注浆泵、一进浆管、一回浆管、一压力表、一流量计；
所述试样模具设置于所述围压支架上；
所述储浆罐连接所述注浆泵；所述注浆泵通过所述进浆管连接到所述试样模具；所述试样模具通过所述回浆管连接到所述储浆罐；
所述进浆管上设置所述压力表和所述流量计；
所述试样模具的上方连接所述轴压加载系统，所述试样模具的两侧分别连接所述围压加载系统；
所述进浆管上还设有一进浆管阀门，所述回浆管上还设有所述回浆管阀门。
2.如权利要求1所述的一种受限空间内带压注浆模拟装置，其特征在于：所述轴压加载系统，包括一轴压加载装置、一轴压加载杆、一轴压加载盘；所述轴压加载杆的上端与所述轴压加载装置相连接；所述轴压加载杆的下端与所述轴压加载盘连接；所述轴压加载盘设置于所述试样模具上，所述轴压加载盘的直径比所述试样模具的直径小6~12mm；所述轴压加载杆具有中空段连接所述回浆管。
3.如权利要求1所述的一种受限空间内带压注浆模拟装置，其特征在于：所述围压加载体系统，包括一围压加载装置、一围压加载杆、一加载面；所述围压加载杆的一端连接所述围压加载装置，另一端连接所述加载面；所述加载面连接到所述试样模具，所述加载面为弧形。
4.如权利要求1所述的一种受限空间内带压注浆模拟装置，其特征在于：所述试样模具由高弹性、高强度塑料制成；所述试样模具包括模具体、模具盖；所述模具盖的内径为50~75mm，高度为内径的2~3倍，厚度为3~6mm；所述模具盖与所述模具体通过螺纹连接，两者之间设有一密封圈。
5.如权利要求1所述的一种受限空间内带压注浆模拟装置，其特征在于：所述围压支架，包括支撑盘、支座；所述支撑盘中心开一通孔，用于连接进浆管；所述支座通过地脚螺栓固定在平整的地面。
6.采用如权利要求1至5任一项所述的一种受限空间内带压注浆模拟装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）装填破碎岩石：根据破碎岩体粒径级配原则，选取一定量的岩石，将这些破碎岩石装入试样模具，并将模具盖旋紧；
（2）设备连接：将试样模具放置在围压支架的支撑盘上，进浆管、回浆管分别连接到试样模具，再将回浆管连接到储浆罐，将注浆泵与储浆罐相连；
（3）加载轴压、围压：首先利用轴向加载系统向试样模具缓慢加压，待轴压达到设定值的¼时，再通过围压加载系统向试样模具缓慢施加围压，直至轴压、围压达到设定值，并保持该值不变；
（4）注浆：在储浆罐内把浆液配置好，设定注浆压力，启动注浆泵，控制注浆流量；当浆液从回浆管内回流储浆罐时，关闭回浆管阀门；当注浆压力达到设定压力时，关闭进浆阀门；
（5）形成待测试块：注浆结束24小时后，卸载轴压、围压，将试块从试样模具内取出，再对试块进行相关力学实验；
（6）整理仪器设备：对仪器设备进行整理、拆卸，清洗注浆泵、储浆罐、进浆管、回浆管。
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