CN109212163A - 一种研究扰动对注浆堵水效果影响的实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤矿注浆技术领域，公开了一种研究扰动对注浆堵水效果影响的实验装置与方法。其包括多个振动台、集料箱、注浆泵、水泵和废水池，多个振动台均匀分布设置在集料箱底部，集料箱顶部开口上设置有盖板，盖板中心处设置有注浆口，集料箱一侧底部设置有排水口，另一侧侧面板上设置有多个注水口；注浆口通过注浆管与注浆泵连接；多个注水口中的其中一个或多个通过注水管与水泵连接，排水口通过排水管与废水池连接，注浆管上设置有压力表，注水管和排水管上均设置有水流速表和水压力表，注浆管、注水管和排水管还设置有阀门。本发明可以分析水压、水量、水流方向及扰动多个因素综合作用对注浆效果的影响，可广泛应用于煤矿注浆研究技术领域。
Description
技术领域
本发明属于煤矿注浆效果的影响因素领域，特别涉及一种研究扰动对注浆堵水效果影响的实验装置与方法。
背景技术
注浆在煤矿的应用领域越来越广，煤矿注浆的目的一般为软土层的加固，塌方、片帮、突水、火灾等的预防和治理。
注浆效果的优劣会受到许多因素的影响，其中，扰动及水流的作用是不容忽视的。目前，国内外有很多对注浆效果的研究，一般集中在对注浆结石体抗拉、抗压、抗剪等力学性能的测试，而对注浆效果影响因素只局限在对水流压力及流量的研究，没有考虑到水压、水量、水流方向及扰动多个因素综合作用对注浆效果的影响。因此，需要提出一种实验装置，以研究扰动对注浆堵水效果的影响，进而提高注浆堵水效果，以更好地实现矿区塌方、片帮、突水、火灾等灾害的预防和治理。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种研究扰动对注浆堵水效果影响的实验装置，以分析水压、水量、水流方向及扰动多个因素综合作用对注浆效果的影响。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种研究扰动对注浆堵水效果影响的实验装置，其特征在于，包括多个振动台、集料箱、注浆泵、水泵和废水池，所述多个振动台均匀分布设置在所述集料箱底部，所述集料箱顶部开口上设置有盖板，盖板中心处设置有注浆口，所述集料箱一侧底部设置有排水口，另一侧侧面板上设置有多个注水口；所述注浆口通过注浆管与注浆泵连接；所述多个注水口中的其中一个或多个通过注水管与水泵连接，所述排水口通过排水管与废水池连接，所述注浆管上设置有压力表，所述注水管和排水管上均设置有水流速表和水压力表，所述注浆管、注水管和排水管上还分别设置有阀门。
所述实验装置包括六个振动台，所述振动台的尺寸为300*300mm，所述振动台按两行三列的方式进行布置，每个振动台之间间距10mm。
所述集料箱的长*宽*高为800*500*500mm，所述集料箱的正面是由钢化玻璃制成的可视窗，其余各面均为铁质材料，所述集料箱顶部设置有活动铁质盖板。
所述集料箱底部的排水口设置在距离底板10mm处的位置，所述集料箱另一侧侧面板上的注水口尺寸为Ø40mm，共有9个，均匀分布在集料箱的右侧面，以三行三列的方式进行布置。
所述注浆管、注水管和排水管上的阀门用于控制浆液和水的注入以及排出，实现对浆液和水注入集料箱的顺序及注入量的控制；所述注水管上的水压力表和水流速表用于直观反映注入的水的压力及流速的大小，以研究水压力及水流速对注浆效果的影响；排水管上的水压力表和水流速表用于根据其示数评价注浆堵水效果。
本发明还提供了一种研究扰动对注浆效果影响的实验方法，采用所述的研究扰动对注浆堵水效果影响的实验装置，包括以下步骤：
S1通过集料箱顶部的开口向其中装入破碎的岩石，装入岩石的量大于集料箱容积的四分之三，并通过盖板将集料箱的顶部开口密封；
S2配制好待测注浆浆液，并用搅拌器将其搅拌均匀；
S3将注水管连接到集料箱上的注水口上，并将不用的注水口用软木塞堵住；
S4分别用水泵送入加了红墨水后的水，以及通过注浆泵进行注浆；观察排水管中水流的颜色变化及排水管上水压力表和水流速表的读数，并根据观测结果，评价注浆的效果。
所述步骤S4中为先注浆后注水时，其具体步骤为：
将注浆管上的阀门打开，通过注浆泵进行注浆，当浆液充满集料箱时，关闭注浆管上的阀门；
当浆液达到终凝后，开启振动台进行工作，并打开排水管及注水管上的阀门，用水泵泵送加入红墨水之后的水；观察排水管中水流的颜色变化及排水管上水压力表和水流速表的读数，并根据观测结果，评价注浆的效果；
所述步骤S4中为先注水后注浆时，其具体步骤为：
关闭排水管上的阀门，并打开注水管上的阀门，用水泵向集料箱中泵送加入红墨水之后的水，当水位上升到集料箱的三分之二高度时，停止注水并关闭注水管上的阀门；
打开注浆管上的阀门进行注浆，并开启振动台进行工作，注浆1min后，打开排水管上的阀门，观察水的流动状态及排水管上水流速表与水压力表的示数变化，当浆液充满集料箱后停止注浆并关闭注浆管上的阀门，并根据观测结果，评价注浆的效果。
开启振动台进行工作时，可以选择其中的任意一个工作或几个同时工作，或所有振动台同时工作。
所述水泵泵送的水为模拟矿井水，所述水泵泵送的水的压力及流量可调。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
（1）本发明提供的一种实验装置，集料箱底部设置有多个振动台，可以对振动台分别进行控制，以模拟多种不同的扰动状态，进而研究扰动位置及强度对注浆效果的影响；
（2）本发明提供的一种实验装置中，集料箱上设置有多个注水口，水能从不同位置进入到集料箱中，可以研究水的力学性质对注浆效果的影响；
（3）由于注水管上设置有水流速表和水压力表，本发明提供的一种实验方法，可以通过控制注入水的水压和水量，以及在水中加入不同的离子，以研究水质、水压、水量对注浆效果的影响；
（4）本发明提供的一种实验方法，通过调整浆液与水的注入顺序，可以研究不同的注浆效果，先注浆液后注水可以研究浆液的堵水能力；先注水后注浆液或同时注浆液和水可以研究浆液的抗水冲分散性；
（5）本发明提供的一种实验方法，通过在水中加入红墨水可以通过可视窗看到水流在注浆体中的流动状况，并可以通过观察排水管上水压力表和水流速表的读数，定量地判断注浆效果。
附图说明
图1为本发明实施例提出的一种研究扰动及动水作用对注浆效果影响的实验装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中振动台的布置示意图；
图3为本发明实施例中集料箱上的注水口的分布示意图。
图中：1为振动台，2为集料箱，3为注浆泵，4为水泵，5为废水池，6为排水口，7为排水管，8为注水口，9为注水管，10为水压力表，11为水流速表，12为注浆口，13为注浆管，14为压力表，15为阀门。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种研究扰动对注浆堵水效果影响的实验装置，包括多个振动台1、集料箱2、注浆泵3、水泵4和废水池5，所述多个振动台1均匀分布设置在所述集料箱1底部，所述集料箱2顶部开口上设置有盖板，盖板中心处设置有注浆口12，所述集料箱2一侧底部设置有排水口6，另一侧侧面板上设置有多个注水口8；所述注浆口12通过注浆管13与注浆泵3连接；所述多个注水口8中的其中一个或多个通过注水管9与水泵4连接，所述排水口6通过排水管7与废水池5连接，所述注浆管13上设置有压力表14，所述注水管9和排水管7上均设置有水流速表11和水压力表10，所述注浆管13、注水管9和排水管7上还分别设置有阀门15。
如图2所示，本发明实施例提出的一种研究扰动对注浆堵水效果影响的实验装置，包括六个振动台1，所述振动台的尺寸为300*300mm，其中，所述振动台1按两行三列的方式进行布置，每个振动台之间间距10mm。
进一步地，本发明实施例中，所述集料箱2的长*宽*高为800*500*500mm，所述集料箱2的正面是由钢化玻璃制成的可视窗，其余各面均为铁质材料，所述集料箱顶部设置有活动铁质盖板。打开盖板，可以往集料箱中放入实验所用的岩石，以及实现对集料箱的清理工作。实验时，需要盖上盖板，以实现集料箱的密闭。
进一步地，本发明实施例中，所述集料箱2底部的排水口6设置在距离底板10mm处的位置，此外，如图3所示，所述集料箱2另一侧侧面板上的注水口8尺寸为Ø40mm，共有9个，均匀分布在集料箱的右侧面，以三行三列的方式进行布置。
进一步地，本发明实施例中，所述注浆管13、注水管9和排水管7上的阀门15用于控制浆液和水的注入以及排出，实现对浆液和水注入集料箱2的顺序及注入量的控制；所述注水管9上的水压力表10和水流速表11用于直观反映注入的水的压力及流速的大小，以研究水压力及水流速对注浆效果的影响；排水管7上的水压力表10和水流速表11用于根据其示数评价注浆堵水效果。
此外，本发明还提供了一种研究扰动对注浆堵水效果影响的实验方法，采用上述实验装置进行，下面分别介绍本发明提出的一种研究扰动对注浆堵水效果影响的实验方法的具体实施例。
实施例一
一种研究扰动对注浆堵水效果影响的实验方法，包括以下步骤：
1）在集料箱2中装上破碎的岩石，它的含量要大于集料箱的四分之三，并保证集料箱2的顶面可以盖住集料箱2；
2）配制好水泥—水玻璃浆液，用搅拌器将其搅拌均匀；
3）用胶头滴管在水中加入30滴红墨水，便于后续观察水流在注浆体中的流动状况和评价注浆的效果；
4）将注水管9连接到集料箱2上第一行第二列的注水口8上，并将其余的注水口用软木塞堵住；
5）打开注浆管13上的阀门15进行注浆，当浆液充满集料箱2时，关闭注浆管上的阀门15；
6）当浆液达到终凝后，开动六个振动台1进行工作，并打开排水管7及注水管9上的阀门15，用水泵4泵送步骤3）中加了红墨水后的水，观察被注浆体中水流的扩散及排水管7上水压力表10和水流速表11的示数随时间的变化情况，来定量评价注浆的效果。
本实施例通过对比注水管9与排水管7上水压力表10与水流速表11的示数实现对注浆堵水效果的定量评价，具体的评价方法如下：通过集料箱2的可视窗观察水流在被注浆体中的扩散情况，如果在直观判断下水流的扩散速度小于0.1m/s，且注水管9与排水管7上水压力表10示数的差值与注水管9上水压力表10示数的比值大于0.85，同时注水管9与排水管7上水流速表11的示数也满足该要求，则可以认为该水泥—水玻璃浆液的注浆堵水效果较好；否则，该浆液的注浆堵水效果较差。
实施例二
一种研究扰动对注浆堵水效果影响的实验方法，包括以下步骤：
1）在集料箱2中装上破碎的岩石，它的含量要大于集料箱的四分之三，并保证集料箱2的顶面可以盖住集料箱2；
2）配制好水泥—水玻璃浆液，用搅拌器将其搅拌均匀；
3）用胶头滴管在水中加入30滴红墨水，便于后续观察水流在注浆体中的流动状况和评价注浆的效果；
4）将注水管9连接到集料箱2上第一行第二列的注水口8上，并将其余的注水口用软木塞堵住；
5）关闭排水管7上的阀门15，并打开注水管9上的阀门15向集料箱2中泵送加入红墨水之后的水，当水位上升到集料箱2的三分之二高度时，停止注水并关闭注水管9上的阀门15；
6）打开注浆管13上的阀门15进行注浆，并开动6个振动台1进行工作，在注浆1min后，打开排水管7上的阀门15，观察水的流动状态及排水管7上水流速表11与水压力表10的示数变化，并根据观测结果，评价浆液的抗水冲分散性；当浆液充满集料箱2后停止注浆并关闭注浆管13上的阀门15。
当三分之二的水流在注浆后能够经排水管7流出集料箱2，而不是扩散到浆液中，且排水管7上水压力表10和水流速表11的示数在打开排水管7上阀门15的瞬间增加到最大值，之后急剧减小，甚至变为零，则可以认为该水泥—水玻璃浆液的抗水冲分散性较好；否则，认为该浆液的抗水冲分散性较差。
实施例三
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中，注水管9分别连接在集料箱2右侧面的9个注水口8的其中一个上，重复该实验9次，通过每次分别连接在不同的注水口8上，可以研究不同的水流来源方向对注浆堵水效果的影响。
实施例四
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中，振动台1可以选择其中的任意一个工作，也可以任意组合几个一起工作，因此，本实施例可以研究不同的扰动位置对注浆堵水效果的影响。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种研究扰动对注浆堵水效果影响的实验装置，其特征在于，包括多个振动台（1）、集料箱（2）、注浆泵（3）、水泵（4）和废水池（5），所述多个振动台（1）均匀分布设置在所述集料箱（1）底部，所述集料箱（2）顶部开口上设置有盖板，盖板中心处设置有注浆口（12），所述集料箱（2）一侧底部设置有排水口（6），另一侧侧面板上设置有多个注水口（8）；所述注浆口（12）通过注浆管（13）与注浆泵（3）连接；所述多个注水口（8）中的其中一个或多个通过注水管（9）与水泵（4）连接，所述排水口（6）通过排水管（7）与废水池（5）连接，所述注浆管（13）上设置有压力表（14），所述注水管（9）和排水管（7）上均设置有水流速表和水压力表，所述注浆管（13）、注水管（9）和排水管（7）上还分别设置有阀门。
2.根据权利要求1所述的一种研究扰动对注浆堵水效果影响的实验装置，其特征在于，所述实验装置包括六个振动台（1），所述振动台的尺寸为300*300mm，所述振动台（1）按两行三列的方式进行布置，每个振动台之间间距10mm。
3.根据权利要求1所述的一种研究扰动对注浆堵水效果影响的实验装置，其特征在于，所述集料箱（2）的长*宽*高为800*500*500mm，所述集料箱（2）的正面是由钢化玻璃制成的可视窗，其余各面均为铁质材料，所述集料箱顶部设置有活动铁质盖板。
4.根据权利要求1所述的一种研究扰动对注浆堵水效果影响的实验装置，其特征在于，所述集料箱（2）底部的排水口（6）设置在距离底板10mm处的位置，所述集料箱（2）另一侧侧面板上的注水口（8）尺寸为Ø40mm，共有9个，均匀分布在集料箱的右侧面，以三行三列的方式进行布置。
5.根据权利要求1所述的一种研究扰动对注浆堵水效果影响的实验装置，其特征在于，所述注浆管（13）、注水管（9）和排水管（7）上的阀门用于控制浆液和水的注入以及排出，实现对浆液和水注入集料箱的顺序及注入量的控制；所述注水管上的水压力表和水流速表用于直观反映注入的水的压力及流速的大小，以研究水压力及水流速对注浆效果的影响；排水管上的水压力表和水流速表用于根据其示数评价注浆堵水效果。
6.一种研究扰动对注浆效果影响的实验方法，采用权利要求1~5任一项所述的一种研究扰动对注浆堵水效果影响的实验装置，其特征在于，包括以下步骤：
S1通过集料箱顶部的开口向其中装入破碎的岩石，装入岩石的量大于集料箱容积的四分之三，并通过盖板将集料箱的顶部开口密封；
S2配制好待测注浆浆液，并用搅拌器将其搅拌均匀；
S3将注水管连接到集料箱上的注水口上，并将不用的注水口用软木塞堵住；
S4分别用水泵送入加了红墨水后的水，以及通过注浆泵进行注浆；观察排水管中水流的颜色变化及排水管上水压力表和水流速表的读数，并根据观测结果，评价注浆的效果。
7.根据权利要求6所述的一种研究扰动对注浆效果影响的实验方法，其特征在于：所述步骤S4中为先注浆后注水时，其具体步骤为：
将注浆管上的阀门打开，通过注浆泵进行注浆，当浆液充满集料箱时，关闭注浆管上的阀门；
当浆液达到终凝后，开启振动台进行工作，并打开排水管及注水管上的阀门，用水泵泵送加入红墨水之后的水；观察排水管中水流的颜色变化及排水管上水压力表和水流速表的读数，并根据观测结果，评价注浆的效果；
所述步骤S4中为先注水后注浆时，其具体步骤为：
关闭排水管上的阀门，并打开注水管上的阀门，用水泵向集料箱中泵送加入红墨水之后的水，当水位上升到集料箱的三分之二高度时，停止注水并关闭注水管上的阀门；
打开注浆管上的阀门进行注浆，并开启振动台进行工作，注浆1min后，打开排水管上的阀门，观察水的流动状态及排水管上水流速表与水压力表的示数变化，当浆液充满集料箱后停止注浆并关闭注浆管上的阀门，并根据观测结果，评价注浆的效果。
8.根据权利要求6所述的一种研究扰动对注浆效果影响的实验方法，其特征在于：开启振动台进行工作时，可以选择其中的任意一个工作或几个同时工作，或所有振动台同时工作。
9.根据权利要求6所述的一种研究扰动对注浆效果影响的实验方法，其特征在于：所述水泵泵送的水为模拟矿井水，所述水泵泵送的水的压力及流量可调。
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