CN110530762A - 一种注浆加固液扩散试验装置及方法 - Google Patents

一种注浆加固液扩散试验装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种注浆加固液扩散试验装置及方法，具体为一种简易的模拟观测注浆加固液在煤岩层试样中扩散半径与扩散质量的方法。利用该方法，通过对煤层开采中需要注浆加固的煤岩(岩层)进行现场取样后，并对注浆加固液注浆效果试验方法进行调研，设计出一种能简易模拟观测注浆加固液在煤(岩层)试样中扩散半径与扩散质量等扩散特性的方法，解决了煤层开采中现场注浆加固材料选取方面的技术难题，为进一步在煤矿安全生产中注浆材料胶结加固效果研究提供更准确的试验材料，提高试验数据、研究结论的可靠性。

Description

一种注浆加固液扩散试验装置及方法
技术领域
本发明属于采矿安全技术领域，具体涉及一种注浆加固液扩散试验装置及方法。
背景技术
注浆是一门综合性很强的技术，该方法是将具有充填胶结性能的材料配成浆液，用压送设备注入至岩、土的孔隙、裂隙、空洞或巷道、采空区中，浆液经扩散、硬化、凝固以减少岩、土的渗透性，增加其强度和稳定性，达到加固地(岩、煤)层、防渗、堵水的目的，现已成为处理各种工程问题的重要手段之一。注浆材料属于普通建材类产品。
由于注浆加固液注入地层内部，难以用肉眼或设备直接观测，所以注浆工程中施工技术和检测手段要求更高、更严，对注浆体稳定性的监测则一直是工程技术人员面临的难题。尤其在煤矿安全生产中的煤层底板含水层注浆堵水等矿井水害防治工作，对注浆材料及注浆效果的监测更为困难。同时，由于注浆材料种类较多，矿井煤岩样岩性有所差异，逐一试验选取适合矿井自身特性的注浆材料成本较高，目前没有专门模拟观测不同胶结浆液扩散半径与扩散质量的简易方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种注浆加固液扩散试验装置及方法，以解决现有技术中没有专门模拟观测注浆加固液扩散半径与扩散质量的简易方法的缺陷。
本发明采用的技术方案如下：
一种注浆加固液扩散试验装置，包括试验箱体、注浆管和注浆设备；试验箱体可拆卸，试验箱体中能够填充煤岩样，试验箱体的顶部开设有供注浆管伸入试验箱体内腔的通孔，注浆管的下端伸入试验箱体一端的表面开设有透浆孔，注浆管的上端与注浆设备浆液的输出端连接。
注浆设备包括注浆箱和注浆泵，注浆泵的浆液入口与注浆箱连接，注浆泵的浆液出口于注浆管连接，注浆泵的浆液出口至注浆管的连接管线上依次设有压力计和手动阀。
注浆泵采用立式活塞气动手摇注浆泵。
注浆管采用铝塑管。
一种注浆加固液扩散试验方法，包括如下步骤：
S1，将注浆管下端伸入试验箱体中，注浆管的下端至试验箱体底部之间留有预设距离；将煤岩样加入试验箱体，并使注浆管呈竖直状态；
S2，利用注浆设备将注浆加固液从注浆管压入试验箱体中，直至达到预设注浆压力；之后拔出注浆管，静置试验箱体直至注浆加固液硬化；
S3，拆开试验箱体，使煤岩样完全暴露在空气中，接着测量注浆加固液在煤岩样中的扩散半径，观测注浆加固液在煤岩样中的扩散质量。
所述煤岩样为不同粒度的破碎煤岩样形成的均匀混合物。
所述煤岩样中包括粒度为5-10mm、10-20mm、20-30mm和30-40mm的破碎煤岩样，5-10mm、10-20mm、20-30mm和30-40mm破碎煤岩样的质量比为1：1：1：1。
注浆加固液为325#水泥与工业水的均匀混合物。
S2中，注浆压力不小于12Mpa。
S2中，拔出注浆管后，将试验箱体放置在通风处静置1～2天。
S3中，测量注浆加固液在煤岩样中的扩散半径时，待煤岩样四周松散体自然垮落，并用橡胶锤对煤岩样轻敲处理，除去不牢靠破碎体，之后测量注浆加固液在煤岩样中的扩散半径。
本发明具有如下有益效果：
本发明注浆加固液扩散试验装置的试验箱体中能够填充煤岩样，试验箱体的顶部开设有供注浆管伸入试验箱体内腔的通孔，注浆管的下端伸入试验箱体一端的表面开设有透浆孔，注浆管的上端与注浆设备浆液的输出端连接，由此可见本发明注浆加固液扩散试验装置结构简单；在试验时，将注浆管下端伸入试验箱体中，注浆管的下端至试验箱体底部之间留有预设距离；将煤岩样加入试验箱体，并使注浆管呈竖直状态；利用注浆设备将注浆加固液从注浆管压入试验箱体中，直至达到预设注浆压力；之后拔出注浆管，静置试验箱体直至注浆加固液硬化；拆开试验箱体，使煤岩样完全暴露在空气中，接着测量注浆加固液在煤岩样中的扩散半径，观测注浆加固液在煤岩样中的扩散质量；由此可以看出，利用本发明的试验装置能够解决现有技术中没有专门模拟观测注浆加固液扩散半径与扩散质量的简易方法的缺陷。能够利用不同注浆加固液做试验，解决了煤层开采中现场注浆加固材料选取方面的技术难题，为进一步在煤矿安全生产中注浆材料胶结加固效果研究提供更准确的试验材料，提高试验数据、研究结论的可靠性。
本发明注浆加固液扩散试验方法在进行时，将注浆管下端伸入试验箱体中，注浆管的下端至试验箱体底部之间留有预设距离；将煤岩样加入试验箱体，并使注浆管呈竖直状态；利用注浆设备将注浆加固液从注浆管压入试验箱体中，直至达到预设注浆压力；之后拔出注浆管，静置试验箱体直至注浆加固液硬化；拆开试验箱体，使煤岩样完全暴露在空气中，接着测量注浆加固液在煤岩样中的扩散半径，观测注浆加固液在煤岩样中的扩散质量；由此可以看出，本发明注浆加固液扩散试验方法操作方便，测试安全，测试数据准确，能够为指导现场注浆施工提供科学参考。
附图说明
图1为本发明注浆加固液扩散试验装置中试验箱体与注浆管位置关系示意图；
图2为本发明注浆加固液扩散试验装置中注浆设备结构示意图；
图3为本发明注浆加固液试验示意图；
图中，1-试验箱体，2-注浆管，2-1-透浆孔，3-注浆设备，4-立式活塞气动手摇注浆泵，5-筛管，6-压力机，7-压力计，8-注浆箱，9-手动阀，10-手柄，11-煤岩样，12-注浆加固液。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明：
参照图1和图3，本发明的注浆加固液扩散试验装置，包括试验箱体1、注浆管2和注浆设备3；试验箱体1可拆卸，试验箱体1中能够填充煤岩样，试验箱体1的顶部开设有供注浆管2伸入试验箱体1内腔的通孔，注浆管2的下端伸入试验箱体1一端的表面开设有透浆孔2-1，注浆管2的上端与注浆设备3浆液的输出端连接。
作为本发明优选的实施方案，参照图2，注浆设备3包括注浆箱8和注浆泵，注浆泵的浆液入口与注浆箱8连接，注浆泵的浆液出口于注浆管2连接，注浆泵的浆液出口至注浆管2的连接管线上依次设有压力计7和手动阀9。
作为本发明优选的实施方案，参照图2和图3，注浆泵采用立式活塞气动手摇注浆泵4。
作为本发明优选的实施方案，注浆管2采用铝塑管。
本发明注浆加固液扩散试验方法，参照图1和图3，包括如下步骤：
S1，将注浆管2下端伸入试验箱体1中，注浆管2的下端至试验箱体1底部之间留有预设距离；将煤岩样加入试验箱体1，并使注浆管2呈竖直状态；
S2，利用注浆设备3将注浆加固液从注浆管2压入试验箱体1中，直至达到预设注浆压力；之后拔出注浆管2，静置试验箱体1直至注浆加固液硬化；
S3，拆开试验箱体1，使煤岩样完全暴露在空气中，接着测量注浆加固液在煤岩样中的扩散半径，观测注浆加固液在煤岩样中的扩散质量。
作为本发明优选的实施方案，煤岩样为不同粒度的破碎煤岩样形成的均匀混合物。
作为本发明优选的实施方案，煤岩样中包括粒度为5-10mm、10-20mm、20-30mm和30-40mm的破碎煤岩样，5-10mm、10-20mm、20-30mm和30-40mm破碎煤岩样的质量比为1：1：1：1。
作为本发明优选的实施方案，注浆加固液为325#水泥与工业水的均匀混合物。
作为本发明优选的实施方案，S2中，注浆压力不小于12Mpa。
作为本发明优选的实施方案，S2中，拔出注浆管2后，将试验箱体1放置在通风处静置1～2天。
作为本发明优选的实施方案，S3中，测量注浆加固液在煤岩样中的扩散半径时，待煤岩样四周松散体自然垮落，并用橡胶锤对煤岩样轻敲处理，除去不牢靠破碎体，之后测量注浆加固液在煤岩样中的扩散半径。
实施例
参照图1～图3，本实施例注浆加固液扩散试验方法包括以下步骤：
1、试验箱体1的准备
参照图1，制作试验箱体1的外观尺寸(长×宽×稿)为30cm×30cm×60cm，试验箱体1使用多层板拼接，外围用三角铁固定，封孔方式为“一堵一注”式，充填试验前，试验箱体1上部顶板中心预留直径为11.2cm的钻孔，注浆管2为直径为11mm的铝塑管，铝塑管插入试验箱体1顶部的钻孔后，注浆管2下端端部距离试验箱体1底部20cm处。
2、注浆加固材料的准备
采用橡胶锤砸碎煤岩样，得到破碎煤岩样，用筛子分四个粒度区间筛选出5-10mm、10-20mm、20-30mm和30-40mm不同粒度的破碎煤岩样，四个粒度区间按照1：1：1：1的配比进行混合；注浆加固材料选取325#水泥与工业水的混合物，注浆加固材料选取325#水泥与工业水用搅拌棒均匀搅拌，得到注浆加固液。
3、注浆设备的准备
将步骤2中将配置的注浆加固液倒入立式活塞气动手摇注浆泵4的注浆箱8中；之后，检查注浆设备，至完备无误。
4、充填试验箱体
将步骤2中配比好的煤岩样均匀加入到试验箱体1中，并检查铝塑管是否垂直试验箱体1上部顶板(即注浆管2呈竖直状态)，直至达到要求；手摇压力机6，使得注浆箱8中配置好的注浆加固液经筛管5压入试验箱体1中，直到手动压不动为止，一般泵出压力至少为12MPa；注浆之后，拔出注浆管2，并将试验箱体1放置在通风处静置1～2天。
5、试验结果测量及记录
拆卸试验箱体1外围三角铁，打开多层拼接板，使得煤岩样完全暴露在空气中；测量时需待煤岩样四周松散体自然垮落，并用橡胶锤对煤岩样轻轻处理，除去不牢靠破碎体，最后使用钢尺测量扩散半径，并记录。
6、清理试验设备
用工业水清洗搅拌量筒与搅拌棒、注浆设备及试验箱体多层板上残留破碎煤岩样。
本发明是一种简易的掌握注浆材料胶结浆液在岩样中注浆效果的的快速方法，该方法将一种注浆材料浆液注入按照等量配比进行混合的不同粒径碎煤岩试样材料中，放置在通风处静置到加固液凝固后，处理试样，对其进行测量观测，该方法所需仪器设备结构简单，操作方便，测试安全，测试数据准确，为指导现场注浆施工提供了科学参考。该方法遵从试样来自需要注浆堵水施工的煤矿井底，属于原址取样研究，保证了煤样来源的时效性，保证了试验数据分析的可靠性。该方法中设计的试样箱体体积小，注浆设备与试样箱体组成的注浆加固液扩散试验系统设计合理。作为反复验证后的工艺，该技术实施简单，适用于多数煤层、岩层及松散岩层等岩性注浆加固液扩散试验。
本发明针对现有技术的不足，提供一种适用于简易模拟观测煤岩层注浆材料浆液扩散半径及扩散性质的试验方法，以便为指导现场注浆堵水施工提供科学参考。该方法通过手摇注浆泵，将配制好的注浆加固液压入需要注浆加固的煤岩等松散岩石试样中，通过记录、观测，得出适合煤岩层注浆堵水加固的注浆材料。例如：某矿煤层为典型的“三软”煤层。该煤层顶板不稳定，易冒落，煤层松软，坚固系数f≮1.0，易片帮和底板抗压强度低，这种煤层注浆时成孔难，注浆压力高，润湿半径小，一般为难注浆煤层。因此，对此类三软煤层工作面煤岩体内加固浆液，需要简易地、准确地找出适合此类煤层注浆加固材料成了难题。本发明方法从煤层现场收取需要加固的煤岩试样，在室内进行模拟观测注浆加固液在其中的扩散半径及扩散质量，掌握注浆效果，为现场注浆参数提供科学参考。
本发明解决了由于井工煤矿煤层生产及煤层结构的特殊性，现场进行注浆加固试验为煤矿安全生产带来不便。同时，试验难度相当大，现阶段基本无法在井下井下注浆试验实现。本发明设计了一种可以用于简易模拟观测注浆加固液扩散性质的试验方法，解决了煤层注浆堵水技术中注浆材料试验时间性、安全性的技术难题。
1、所述注浆加固液扩散试验方法是一种简易的掌握注浆材料胶结浆液在岩样中注浆效果的的快速方法。该方法将一种注浆材料浆液注入按照等量配比进行混合的不同粒径碎煤岩试样材料中，放置在通风处静置到加固液凝固后，处理试样，对其进行测量观测，该方法所需仪器设备结构简单，操作方便，测试安全，测试数据准确，为指导现场注浆施工提供了科学参考。
2、所述试验方法遵从试样来自需要注浆堵水施工的煤矿井底，属于原址取样研究，保证了煤样来源的时效性，保证了试验数据分析的可靠性；
3、该方法中设计的试样箱体体积小，注浆设备与试样箱体组成的注浆加固液扩散试验系统设计合理；
4、作为反复验证后的工艺，该该技术实施简单，适用于多数煤层、岩层及松散岩层等岩性注浆加固液扩散试验；
5、本发明在实验室进行科学实验，并结合数值模拟有力验证该法的合理性，并验证了结构的稳定性。
以上所述，仅是本发明取样效果较佳的实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种注浆加固液扩散试验装置，其特征在于，包括试验箱体(1)、注浆管(2)和注浆设备(3)；试验箱体(1)可拆卸，试验箱体(1)中能够填充煤岩样，试验箱体(1)的顶部开设有供注浆管(2)伸入试验箱体(1)内腔的通孔，注浆管(2)的下端伸入试验箱体(1)一端的表面开设有透浆孔(2-1)，注浆管(2)的上端与注浆设备(3)浆液的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的一种注浆加固液扩散试验装置，其特征在于，注浆设备(3)包括注浆箱(8)和注浆泵，注浆泵的浆液入口与注浆箱(8)连接，注浆泵的浆液出口于注浆管(2)连接，注浆泵的浆液出口至注浆管(2)的连接管线上依次设有压力计(7)和手动阀(9)。
3.根据权利要求2所述的一种注浆加固液扩散试验装置，其特征在于，注浆泵采用立式活塞气动手摇注浆泵(4)，注浆管(2)采用铝塑管。
4.一种注浆加固液扩散试验方法，其特征在于，采用权利要求1-3任意一项所述的注浆加固液扩散试验装置进行，包括如下步骤：
S1，将注浆管(2)下端伸入试验箱体(1)中，注浆管(2)的下端至试验箱体(1)底部之间留有预设距离；将煤岩样加入试验箱体(1)，并使注浆管(2)呈竖直状态；
S2，利用注浆设备(3)将注浆加固液从注浆管(2)压入试验箱体(1)中，直至达到预设注浆压力；之后拔出注浆管(2)，静置试验箱体(1)直至注浆加固液硬化；
S3，拆开试验箱体(1)，使煤岩样完全暴露在空气中，接着测量注浆加固液在煤岩样中的扩散半径，观测注浆加固液在煤岩样中的扩散质量。
5.根据权利要求4所述的一种注浆加固液扩散试验方法，其特征在于，所述煤岩样为不同粒度的破碎煤岩样形成的均匀混合物。
6.根据权利要求4或5所述的一种注浆加固液扩散试验方法，其特征在于，所述煤岩样中包括粒度为5-10mm、10-20mm、20-30mm和30-40mm的破碎煤岩样，5-10mm、10-20mm、20-30mm和30-40mm破碎煤岩样的质量比为1：1：1：1。
7.根据权利要求4所述的一种注浆加固液扩散试验方法，其特征在于，注浆加固液为325#水泥与工业水的均匀混合物。
8.根据权利要求4所述的一种注浆加固液扩散试验方法，其特征在于，S2中，注浆压力不小于12Mpa。
9.根据权利要求4所述的一种注浆加固液扩散试验方法，其特征在于，S2中，拔出注浆管(2)后，将试验箱体(1)放置在通风处静置1～2天。
10.根据权利要求4所述的一种注浆加固液扩散试验方法，其特征在于，S3中，测量注浆加固液在煤岩样中的扩散半径时，待煤岩样四周松散体自然垮落，并用橡胶锤对煤岩样轻敲处理，除去不牢靠破碎体，之后测量注浆加固液在煤岩样中的扩散半径。
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