CN112727444A - 一种可视化封孔材料裂隙封堵性能测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可视化封孔材料裂隙封堵性能测试装置及方法，包括筒体、注浆系统、抽采系统和注水系统，筒体内通过第一聚氨酯密封层和第二聚氨酯密封层，将筒体内部分隔形成抽采空间和注浆空间，便于后续封孔材料测试使用；注浆系统用于向注浆空间内注入封孔材料模拟钻孔封孔工作；抽采系统用于对抽采空间进行抽真空模拟瓦斯抽采工作；注水系统用于向注浆空间内渗入指示溶液模拟空气在瓦斯抽采过程中空气通过不同裂隙进入钻孔的过程；通过较为直观的实验现象与记录的数据进行综合分析后能对多种封孔材料的裂隙封堵性能分别进行评估，从而为各种封孔材料在实际使用时提供数据支撑。

Description

一种可视化封孔材料裂隙封堵性能测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种可视化封孔材料裂隙封堵性能测试装置及方法，属于材料性能测试技术领域。

背景技术

随着开采深度的增加，煤层瓦斯压力和瓦斯含量不断增大，瓦斯抽采的危险性日趋严重，封孔裂隙漏气会导致管道瓦斯抽采浓度下降至爆炸极限范围，极有可能带来安全事故，威胁工人生命安全，且封孔质量的好坏直接影响到瓦斯压力测定准确性、瓦斯抽放量和抽放率。因此如何能对各种封孔材料进行不同裂隙的封堵性能测试，从而获得各种封孔材料对不同裂隙的封堵性能，是本行业的研究方向。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种可视化封孔材料裂隙封堵性能测试装置及方法，能对各种封孔材料进行不同裂隙的封堵性能测试，从而获得各种封孔材料对不同裂隙的封堵性能，为实际使用提供数据支撑。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可视化封孔材料裂隙封堵性能测试装置，包括筒体、注浆系统、抽采系统和注水系统，所述筒体一端开口、另一端封闭，筒体内设有第一聚氨酯密封层和第二聚氨酯密封层，第二聚氨酯密封层相对于第一聚氨酯密封层更靠近筒体封闭端，使筒体内第一聚氨酯密封层和第二聚氨酯密封层之间形成注浆空间，第二聚氨酯密封层与筒体封闭端之间形成抽采空间；所述注浆系统、抽采系统和注水系统均与筒体连接；

所述注浆系统包括浆液箱、注浆泵和注浆管，注浆管一端穿过第一聚氨酯密封层伸入注浆空间内，注浆管另一端与注浆泵的出口连接，注浆泵的进口与浆液箱连接；所述注浆泵和第一聚氨酯密封层之间的注浆管上装有压力表A和阀门A，浆液箱内盛放封孔材料；注浆系统用于向注浆空间内注入封孔材料；

所述抽采系统包括真空泵和瓦斯抽采管，瓦斯抽采管一端依次穿过第一聚氨酯密封层和第二聚氨酯密封层伸入抽采空间，瓦斯抽采管另一端与真空泵连接，真空泵与第一聚氨酯密封层之间的瓦斯抽采管上设有压力表B和阀门B；抽采系统用于对抽采空间进行抽真空；

所述注水系统包括水槽和多个注液管，水槽处于筒体上方、且通过多个注液管与注浆空间连接，水槽内盛放指示溶液，水槽上端的进水口处装有阀门C，各个注液管长度相同、且直径各不相同；各个注液管上均装有阀门D；注水系统用于向注浆空间内渗入指示溶液；

所述筒体、水槽和注液管均为透明材质制成。

进一步，所述注液管的数量为6个，6个注液管的直径分别为5mm、3mm、2mm、 1.5mm、1mm和0.5mm。

进一步，所述筒体、水槽和注液管均为有机玻璃材质。

进一步，所述指示溶液为品红溶液。

一种可视化封孔材料裂隙封堵性能测试装置的工作方法，具体步骤为：

①在测试之前，先将阀门A、阀门B和阀门D均处于关闭状态，打开阀门C，此时通过阀门C向水槽内注入品红溶液，待水槽注满后，关闭阀门C，停止注液；

②通过聚氨酯在筒体内形成第一聚氨酯密封层和第二聚氨酯密封层，并将注浆系统和抽采系统分别与筒体连接，完成后将多个所需测试的封孔材料选择其中一个放入浆液箱内，此时打开阀门A与注浆泵，通过注浆管向筒体的注浆空间内注入该封孔材料，并实时观察压力表A的示数变化情况；当压力表A示数在5min内变化小于0.5MPa时，关闭阀门A 与注浆泵，待封孔材料完全凝固后，完成模拟钻孔封孔工作；

③此时观察该封孔材料在各个不同直径的注液管内上升高度，并作为数据I记录；

④打开阀门B与真空泵，通过真空泵对抽采空间进行抽气，模拟瓦斯抽采工作，然后打开各个注液管上的阀门D，观察水槽内的品红溶液通过各个不同直径注液管的进液情况，并作为数据Ⅱ记录；以此模拟空气通过不同大小的裂隙进入钻孔的过程；

⑤在模拟瓦斯抽采工作过程中，观察压力表B的数值变化，记录从打开阀门B到压力表B数值变为负压状态所需的时间，作为数据Ⅲ记录；

⑥将该封孔材料的数据I、数据Ⅱ和数据Ⅲ进行存储，完成当前封孔材料的封堵性能测试，然后再从多个所需测试的封孔材料中选择一个，并重复步骤①至⑥，如此循环，从而能获得各个所需测试封孔材料的数据I、数据Ⅱ和数据Ⅲ；

⑦结合各个封孔材料的数据I、数据Ⅱ和数据Ⅲ进行综合评价，从而得出各个封孔材料的相对封堵性能；其中数据I记录的各个封孔材料测试时能够进入注液管的数量越多、直径越小、注液高度越高，代表封孔材料的裂隙封堵性能越好；数据Ⅱ记录的各个封孔材料测试时品红溶液进入注液管的进液量越少，代表封孔材料的裂隙封堵性能越好；数据Ⅲ记录的各个封孔材料测试时变为负压状态所需的时间越短，压力差值越小，代表封孔材料的裂隙封堵性能越好。

与现有技术相比，本发明采用筒体、注浆系统、抽采系统和注水系统相结合方式，先通过筒体和注浆系统将所需测试的封孔材料进行模拟钻孔封孔工作；然后通过抽采系统模拟瓦斯抽采工作，同时通过注水系统模拟空气在瓦斯抽采过程中空气通过不同裂隙进入钻孔的过程，用较为直观的实验现象与数据对多种封孔材料的裂隙封堵性能分别进行评估，为各种封孔材料在实际使用时提供数据支撑；同时其可根据煤矿的实际情况调整所需模拟的裂隙大小、抽采压力，最终能实现测试不同因素对封孔材料的裂隙封堵性能的影响。进而可以根据各种封孔材料的裂隙封堵性能测试，选择出最为适合的封孔材料用于当前煤矿的裂隙封堵。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1、筒体，2、浆液箱，3、注浆泵，4、压力表A，5、阀门A，6、注浆管，7、真空泵，8、压力表B，9、阀门B，10、瓦斯抽采管，11、阀门C，12、水槽，13、注液管， 14、阀门D，15、第二聚氨酯密封层，16、注浆空间，17、抽采空间。

具体实施方式

下面将对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种可视化封孔材料裂隙封堵性能测试装置，包括筒体1、注浆系统、抽采系统和注水系统，所述筒体1一端开口、另一端封闭，筒体1内设有第一聚氨酯密封层和第二聚氨酯密封层15，第二聚氨酯密封层15相对于第一聚氨酯密封层更靠近筒体封闭端，使筒体1内第一聚氨酯密封层和第二聚氨酯密封层15之间形成注浆空间16，第二聚氨酯密封层15与筒体封闭端之间形成抽采空间17；所述注浆系统、抽采系统和注水系统均与筒体1连接；

所述注浆系统包括浆液箱2、注浆泵3和注浆管6，注浆管6一端穿过第一聚氨酯密封层伸入注浆空间16内，注浆管6另一端与注浆泵3的出口连接，注浆泵3的进口与浆液箱 2连接；所述注浆泵3和第一聚氨酯密封层之间的注浆管6上装有压力表A4和阀门A5，浆液箱2内盛放封孔材料；注浆系统用于向注浆空间16内注入封孔材料；

所述抽采系统包括真空泵7和瓦斯抽采管10，瓦斯抽采管10一端依次穿过第一聚氨酯密封层和第二聚氨酯密封层15伸入抽采空间17，瓦斯抽采管10另一端与真空泵7连接，真空泵7与第一聚氨酯密封层之间的瓦斯抽采管10上设有压力表B8和阀门B9；抽采系统用于对抽采空间17进行抽真空；

所述注水系统包括水槽和多个注液管13，水槽12处于筒体1上方、且通过多个注液管 13与注浆空间16连接，水槽12内盛放指示溶液，水槽12上端的进水口处装有阀门C11，各个注液管13长度相同、且直径各不相同；各个注液管13上均装有阀门D14；注水系统用于向注浆空间16内渗入指示溶液；

所述筒体1、水槽12和注液管13均为透明材质制成。

进一步，所述注液管13的数量为6个，6个注液管13的直径分别为5mm、3mm、2mm、1.5mm、1mm和0.5mm。

进一步，所述筒体1、水槽12和注液管13均为有机玻璃材质。

进一步，所述指示溶液为品红溶液。

一种可视化封孔材料裂隙封堵性能测试装置的工作方法，具体步骤为：

①在测试之前，先将阀门A5、阀门B9和阀门D14均处于关闭状态，打开阀门C11，此时通过阀门C11向水槽12内注入品红溶液，待水槽12注满后，关闭阀门C11，停止注液；

②通过聚氨酯在筒体1内形成第一聚氨酯密封层和第二聚氨酯密封层15，并将注浆系统和抽采系统分别与筒体1连接，完成后将多个所需测试的封孔材料选择其中一个放入浆液箱2内，此时打开阀门A5与注浆泵3，通过注浆管6向筒体的注浆空间16内注入该封孔材料，并实时观察压力表A4的示数变化情况；当压力表A4示数在5min内变化小于0.5 MPa时，关闭阀门A4与注浆泵3，待封孔材料完全凝固后，完成模拟钻孔封孔工作；

③此时观察该封孔材料在各个不同直径的注液管13内上升高度，并作为数据I记录；

④打开阀门B9与真空泵7，通过真空泵7对抽采空间17进行抽气，模拟瓦斯抽采工作，然后打开各个注液管13上的阀门D14，观察水槽12内的品红溶液通过各个不同直径注液管13的进液情况，并作为数据Ⅱ记录；以此模拟空气通过不同大小的裂隙进入钻孔的过程；

⑤在模拟瓦斯抽采工作过程中，观察压力表B8的数值变化，记录从打开阀门B9到压力表B8数值变为负压状态所需的时间，作为数据Ⅲ记录；

⑥将该封孔材料的数据I、数据Ⅱ和数据Ⅲ进行存储，完成当前封孔材料的封堵性能测试，然后再从多个所需测试的封孔材料中选择一个，并重复步骤①至⑥，如此循环，从而能获得各个所需测试封孔材料的数据I、数据Ⅱ和数据Ⅲ；

⑦结合各个封孔材料的数据I、数据Ⅱ和数据Ⅲ进行综合评价，从而得出各个封孔材料的相对封堵性能；其中数据I记录的各个封孔材料测试时能够进入注液管13的数量越多、直径越小、注液高度越高，代表封孔材料的裂隙封堵性能越好；数据Ⅱ记录的各个封孔材料测试时品红溶液进入注液管13的进液量越少，代表封孔材料的裂隙封堵性能越好；数据Ⅲ记录的各个封孔材料测试时变为负压状态所需的时间越短，压力差值越小，代表封孔材料的裂隙封堵性能越好。

Claims (5)

1.一种可视化封孔材料裂隙封堵性能测试装置，其特征在于，包括筒体、注浆系统、抽采系统和注水系统，所述筒体一端开口、另一端封闭，筒体内设有第一聚氨酯密封层和第二聚氨酯密封层，第二聚氨酯密封层相对于第一聚氨酯密封层更靠近筒体封闭端，使筒体内第一聚氨酯密封层和第二聚氨酯密封层之间形成注浆空间，第二聚氨酯密封层与筒体封闭端之间形成抽采空间；所述注浆系统、抽采系统和注水系统均与筒体连接；

所述注浆系统包括浆液箱、注浆泵和注浆管，注浆管一端穿过第一聚氨酯密封层伸入注浆空间内，注浆管另一端与注浆泵的出口连接，注浆泵的进口与浆液箱连接；所述注浆泵和第一聚氨酯密封层之间的注浆管上装有压力表A和阀门A，浆液箱内盛放封孔材料；注浆系统用于向注浆空间内注入封孔材料；

所述抽采系统包括真空泵和瓦斯抽采管，瓦斯抽采管一端依次穿过第一聚氨酯密封层和第二聚氨酯密封层伸入抽采空间，瓦斯抽采管另一端与真空泵连接，真空泵与第一聚氨酯密封层之间的瓦斯抽采管上设有压力表B和阀门B；抽采系统用于对抽采空间进行抽真空；

所述注水系统包括水槽和多个注液管，水槽处于筒体上方、且通过多个注液管与注浆空间连接，水槽内盛放指示溶液，水槽上端的进水口处装有阀门C，各个注液管长度相同、且直径各不相同；各个注液管上均装有阀门D；注水系统用于向注浆空间内渗入指示溶液；

所述筒体、水槽和注液管均为透明材质制成。

2.根据权利要求1所述的一种可视化封孔材料裂隙封堵性能测试装置，其特征在于，所述注液管的数量为6个，6个注液管的直径分别为5mm、3mm、2mm、1.5mm、1mm和0.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种可视化封孔材料裂隙封堵性能测试装置，其特征在于，所述筒体、水槽和注液管均为有机玻璃材质。

4.根据权利要求1所述的一种可视化封孔材料裂隙封堵性能测试装置，其特征在于，所述指示溶液为品红溶液。

5.一种根据权利要求1至4任一项所述可视化封孔材料裂隙封堵性能测试装置的工作方法，其特征在于，具体步骤为：

①在测试之前，先将阀门A、阀门B和阀门D均处于关闭状态，打开阀门C，此时通过阀门C向水槽内注入品红溶液，待水槽注满后，关闭阀门C，停止注液；

②通过聚氨酯在筒体内形成第一聚氨酯密封层和第二聚氨酯密封层，并将注浆系统和抽采系统分别与筒体连接，完成后将多个所需测试的封孔材料选择其中一个放入浆液箱内，此时打开阀门A与注浆泵，通过注浆管向筒体的注浆空间内注入该封孔材料，并实时观察压力表A的示数变化情况；当压力表A示数在5min内变化小于0.5MPa时，关闭阀门A与注浆泵，待封孔材料完全凝固后，完成模拟钻孔封孔工作；

③此时观察该封孔材料在各个不同直径的注液管内上升高度，并作为数据I记录；

④打开阀门B与真空泵，通过真空泵对抽采空间进行抽气，模拟瓦斯抽采工作，然后打开各个注液管上的阀门D，观察水槽内的品红溶液通过各个不同直径注液管的进液情况，并作为数据Ⅱ记录；以此模拟空气通过不同大小的裂隙进入钻孔的过程；

⑤在模拟瓦斯抽采工作过程中，观察压力表B的数值变化，记录从打开阀门B到压力表B数值变为负压状态所需的时间，作为数据Ⅲ记录；

⑥将该封孔材料的数据I、数据Ⅱ和数据Ⅲ进行存储，完成当前封孔材料的封堵性能测试，然后再从多个所需测试的封孔材料中选择一个，并重复步骤①至⑥，如此循环，从而能获得各个所需测试封孔材料的数据I、数据Ⅱ和数据Ⅲ；

⑦结合各个封孔材料的数据I、数据Ⅱ和数据Ⅲ进行综合评价，从而得出各个封孔材料的相对封堵性能。

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