CN211573547U - 一种用于裂隙岩体固化防渗的微生物胶囊注入装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于裂隙岩体固化防渗的微生物胶囊注入装置，包括料仓，料仓内部分隔成混合腔与储油腔，在料仓上设有进料管、注油管，在混合腔内转动设置有中心轴，在中心轴上设有搅拌组件，在混合腔底部设有输送管，在储油腔底部设有与输送管连通的导油管，在导油管与输送管的连接处设有喷射管，在输送管上设有调节组件。本实用新型利用微生物胶囊的逐层分解，在微生物胶囊到达裂隙后，细菌、营养液、固化液逐级释放，然后通过微生物诱导产生碳酸钙来实现对裂隙的固化防渗，根据微生物胶囊逐层分解所需时间，采用低压推进，在确保微生物细菌顺利进入至裂隙中的前提下，防止在注浆口形成固化产物，避免固化产物阻碍后续浆液的运移、扩散。

Description

一种用于裂隙岩体固化防渗的微生物胶囊注入装置

技术领域

本实用新型涉及隧道工程防渗技术领域，具体提供一种适用于裂隙岩体的胶囊传控型微生物固化防渗装置。

背景技术

渗漏水是隧道工程最常见病害之一，洞内渗漏水将严重影响隧道的使用功能甚至威胁其长期稳定及安全运营，为确保隧道长期稳定、安全运营，防渗漏一直是隧道工程领域的焦点问题。

目前隧道防渗技术多是通过压力注浆封堵渗水裂隙，防止运营期间地下水从围岩渗出。根据注浆材料的不同，通常可细分为水泥注浆、化学注浆、混合浆液注浆。水泥注浆技术是将能固化的水泥浆液注入围岩空隙内，通过置换、充填、挤压等方式止水防渗，但水泥颗粒多而大，难以有效灌入细微裂隙；另外，水泥浆液硬化后易析出水分，固相体积收缩反而促生新渗水通道。化学注浆技术则是将特定的化学原料配置成真溶液，用压送设备将化学浆液泵入隧道围岩渗水裂隙，使其渗透、扩散、胶凝、固化，以达填充裂隙，防渗止水功效。然而，化学注浆在围岩内扩散、留存势必污染周围土-水环境，存在生态不友好的固有缺陷。混合浆液注浆是在特定压力下将混合浆液(水泥与粉煤灰的混合浆液)压入裂隙，混合液产生物理化学反应并置换水体空间进而封堵裂隙等导水通道，但混合浆液固有的黏度时变特性常致浆液扩散区内黏度空间分布不均匀，止水效果大打折扣。

近年来，随着微生物诱导碳酸钙沉淀技术(microbially induced carbonateprecipitation,MICP)在岩土工程领域的广泛应用，微生物注浆技术被越来越多的应用到隧道围岩防渗领域。通过向渗水裂隙中灌注菌液和胶结溶液(尿素和氯化钙的混合液)，使微生物诱导形成的碳酸钙沉积充填裂隙，阻止地下水从深部围岩裂隙中渗出。微生物注浆防渗具有绿色环保、环境友好、施工简便、成本低廉等优势，另因所用细菌液和胶结液的粘稠度低，相比于传统水泥浆液更易于岩土介质中运移扩散，故止水防渗范围大大扩展。然而，现有的微生物注浆技术中菌液和固化物质均以溶液或悬浊液的形式注入目标裂隙，注浆口先期的固化产物势必阻碍后续浆液的运移、扩散，注浆范围难免受限，因此无法达到最佳防渗止水效果。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种用于裂隙岩体固化防渗的微生物胶囊注入装置，解决传统注浆方式对环境造成污染及普通微生物注浆产生压力过大造成的微裂隙扩张问题，且可以有的放矢的大范围堵漏富水裂隙。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种用于裂隙岩体固化防渗的微生物胶囊注入装置，包括料仓，所述料仓内部分隔成相互独立的混合腔与储油腔，在所述料仓上设有与混合腔连通的进料管，微生物胶囊和水通过进料管进入至混合腔中，在所述料仓上设有与储油腔连通的注油管，在所述混合腔内转动设置有中心轴，且在中心轴上设有搅拌组件，在混合腔底部设有输送管，在储油腔底部设有与输送管连通的导油管，且在导油管与输送管的连接处设有喷射管，在所述输送管上设有调节组件，所述调节组件用于控制输送管与喷射管之间的开闭。

现有的微生物注浆技术中菌液和固化物质均以溶液的形式注入裂隙，注浆口先期的固化产物势必阻碍后续浆液的运移、扩散，注浆范围有限因此无法达到最佳防渗止水效果；特别是针对微裂隙广泛分布的裂隙岩体时，为使菌液及固化液顺利进入裂隙常需大幅提升注浆压力，然而，过大的注浆压力势必引起裂隙扩张并连通，最终演化成更加顺畅的渗水通道，防渗止水适得其反；申请人经过反复研究，实用新型一种微生物固化防渗装置，通过将微生物细菌、营养液以及固化液复合装配成多层状微生物胶囊，利用微生物胶囊的逐层分解，使得在微生物胶囊到达裂隙后，细菌、营养液、固化液逐级释放，然后通过微生物诱导产生碳酸钙晶体来实现对裂隙的固化防渗，且根据微生物胶囊逐层分解所需时间，使得在使用固化防渗装置时，微生物胶囊的注入并非常规的高压注入，相反地，而是采用低压推进，在确保微生物细菌等顺利进入至裂隙中的前提下，防止在注浆口形成固化产物，避免固化产物阻碍后续浆液的运移、扩散；

具体使用时，首先在已探明的隧道渗漏点钻孔，将微生物胶囊、水和助推油置于原料输送机内，微生物胶囊与水通过进料管进入至混合腔内，通过搅拌设备的反复搅拌，微生物胶囊与水充分混合，通过输送管进入至调节组件中，而助推油通过注油管进入至储油腔中，再经过导油管后进入至喷射管中，且在整个过程中，助推油持续注入，喷射管的末端与裂隙对接，在随输送管中水与微生物胶囊的总量增加后，且在输送管中间断式加注低压，进而推动调节组件，使得调节组件改变输送管最初的封闭状态，即输送管与喷射管连通，周期性的向输送管中注入低压，使得输送管与喷射管之间的开闭呈周期性变化，即顺利挤入至助推油中定时定量的挤入至持续流通的助推油中，而喷射管注入裂隙的物质即为：混合物和助推油呈交替分布的流体，在微生物胶囊的外壁分解后，利用微生物胶囊内部物质的疏油性，助推油在进入至裂隙中后能够推动微生物胶囊内部物质向裂隙深处移动，扩大固化防渗范围。

搅拌组件采用两级搅拌叶，能够在混合腔中搅拌叶周围形成大规模的循环流场，进而带动水与微生物胶囊持续循环流动，确保两者搅拌均匀后才进入至输送管中，避免在与助推油混合时出现微生物胶囊聚集的现象，以提高裂隙的固化防渗效率。

所述进料管下端封闭且置于混合腔内，进料管下端的外径沿其轴线朝靠近混合腔中部的方向递减，在进料管下端内壁中部转动设置有扇叶，在进料管下端端面上开有多个与混合腔连通的出料孔，在所述进料管内设有与扇叶对中的注水管，在进料管的两侧侧壁上开有进料孔。原料输送机中，水和微生物胶囊单独分开，以便于长期储存，使用时，水从注水管中垂直向下注入，而微生物胶囊从进料管侧壁上的进料孔注入，注水管中的水直接对扇叶形成冲刷，进而带动扇叶转动，且在扇叶的搅动作用下微生物胶囊与水进行初次混合，混合后的水与微生物胶囊经出料孔进入至混合腔内，再由混合腔中的搅拌组件进行二次混合，以确保水与微生物胶囊的混合均匀度。

在所述混合腔底部设有导管，导管通过增压泵Ⅱ与压力仓Ⅰ连通，所述输送管与压力仓Ⅰ连通；在所述储油腔底部设有出油管，出油管通过增压泵Ⅰ与压力仓Ⅱ连通，所述导油管与压力仓Ⅱ连通。设置的增压泵Ⅰ与增压泵Ⅱ能够对输送管中的水、微生物胶囊以及导油管中的助推油进行加注低压，且增压泵Ⅰ与增压泵Ⅱ的加压方式有所区别，即增压泵Ⅱ定期对输送管进行加压，而增压泵Ⅰ则持续对导油管进行加压，增压泵Ⅱ所施加的压强要大于增压泵Ⅰ所施加的压强，如此才能保证水与微生物胶囊顺利挤入至助推油中。

还包括柱状的注浆缸体Ⅰ，在注浆缸体Ⅰ上端设有与之内部连通的防护壳体，在注浆缸体Ⅰ下端设有与之内部连通的圆形壳体，在圆形壳体内转动设置有凸轮，在注浆缸体Ⅰ内滑动设置有活塞，活塞上铰接设置有连杆，连杆的下端与凸轮的突出部铰接，在防护壳体内设有两个侧壁相互连接的阀体，沿阀体的轴线在其两端分别开有回复孔，且在每一个回复孔内均滑动设置有止退块，两个止退块通过联动杆连接，在阀体内设有压缩弹簧，压缩弹簧的一端与阀体的内壁连接，压缩弹簧另一端与位于阀体下端的止退块连接，在防护壳体内转动设置有两个偏心轮，偏心轮与位于阀体上端的止退块对应，在两个所述阀体下段相背的侧壁上分别开有通孔，一个通孔与输送管连通，另一个通孔与输出管连通，且输出管通过调节组件与所述喷射管连通，在两个所述阀体下段相对的侧壁上分别设有与通孔正对的突起，在位于阀体上端的止退块下表面设有支杆，支杆下端设有用于控制阀体下端面开闭的密封板。注浆缸体Ⅰ用于对水与微生物胶囊混合后形成的混合物进行间歇性喷注，当混合物由输送管进入至通孔内时，与该通孔对应的偏心轮转动，偏心轮的突出部下压位于第一个阀体上端的止退块，使得该阀体的密封板向注浆缸体Ⅰ的中部移动，此时，输送管与注浆缸体Ⅰ连通，大量的混合物进入至注浆缸体Ⅰ中，与第二个阀体对应的偏心轮转动，使得偏心轮的突出部下压位于第二个阀体上端的止退块，使得注浆缸体Ⅰ与喷射管连通，与此同时，位于圆形壳体内的凸轮转动，进而带动连杆以及活塞向上移动，即推动注浆缸体Ⅰ内的混合物进入至喷射管中，且在调节组件的调控下，注浆缸体Ⅰ内的混合物定时定量向喷射管中注入，确保在喷射管中混合物与助推油交错分布。

所述调节组件包括限位环、弹簧、滑块以及底板，所述限位环固定在输出管的内圆周壁上，滑块呈圆柱状且滑动设置在输出管内，滑块的外径与输出管的内径相同，弹簧的一端与滑块的一端端面连接，弹簧的另一端与限位环侧壁连接，沿滑块的轴向在其靠近弹簧的一端端面上开有连接孔，沿滑块的径向在其远离弹簧的一端上开有混合孔，混合孔与连接孔连通，所述底板固定在滑块远离弹簧的一侧端面上，底板位于输出管与喷射管的连接处且能将所述输出管的流通截面封闭。调节组件用于控制输出管中水以及微生物胶囊的输出，混合物在注浆缸体Ⅰ内进行初次定量输出后进入至输出管内，活塞能够对定量输出的混合物进行一定程度的增压，当压力值到达上限时，混合物会经来连接孔进入至混合孔内，同时混合物会带动滑块朝远离限位环的方向移动，直至混合孔完全进入至喷射孔中，此时，滑块被推动至喷射管中直至混合孔与喷射管同轴，混合物流体切入持续流动的助推油流体中，在当注浆缸体Ⅰ内混合物停止输出时，与滑块连接的拉伸弹簧回复形变，带动滑块回复至其初始状态，即重新封闭输出管，即通过两次对混合物的输出调控，使得喷射孔中流通的流体为交错分布的混合物与助推油，在最大程度上确保进入裂隙的水、微生物胶囊以及助推油的固化效果达到最佳。

还包括注浆缸体Ⅱ，所述注浆缸体Ⅱ与注浆缸体Ⅰ结构相同，且注浆缸体Ⅱ中的一个通孔与导油管连通，注浆缸体Ⅱ中的另一个通孔通过外排管与喷射管连通。通过利用具有相同结构的注浆缸体Ⅰ与注浆缸体Ⅱ分别对混合物、助推油进行定量调控，使得混合物与助推油交替注入至喷射管中。

所述搅拌组件包括两个主搅拌叶和一个副搅拌叶，两个主搅拌叶固定设置在所述中心轴的外圆周壁上且分别位于所述副搅拌叶的两侧，在每一个所述主搅拌叶上均开有多个透水孔，在所述中心轴上套设有轴套，且沿轴套的周向在其内圆周壁上开有环形槽，且在环形槽内对称设置有两个限位块，在中心轴外圆周壁上对称设置有两个随动块，且两个随动块与两个限位块交错分布。进料管能够对水以及微生物胶囊进行初次混合，以避免在混合腔中微生物胶囊成团，初次混合后的水、微生物胶囊进入至混合腔后，由搅拌组件对其进行二次混合，为确保在输送管以及喷射管中的微生物胶囊与水始终保持均匀分布，设置在中心轴上的两个主搅拌叶与副搅拌叶，在中心轴的径向上，副搅拌叶的长度小于主搅拌叶的长度，并且副搅拌叶正对进料管的下端，在启动搅拌组件前，进料管内持续注入水和微生物胶囊，当混合腔中的容量达到一定程度时，中心轴启动，进料管继续注入水和微生物胶囊，且水和微生物胶囊所形成的多股流体会首先对副搅拌叶进行冲刷，进而带动副搅拌叶进行转动，以防止由出料孔中溢出的微生物胶囊在有水环境下成团。

所述微生物胶囊包括胶囊内膜，且在胶囊内膜内部由外向内依次设有微生物保护膜以及聚乙烯醇膜，在聚乙烯醇膜内部填充有氯化钙，在微生物保护膜与聚乙烯醇膜之间填充有微生物培养基，在胶囊内膜与微生物保护膜之间填充有脱脂剂，且在胶囊内膜外壁上均匀设置有多个疏油涂层。进一步地，在微生物胶囊注入裂隙后，多个疏油涂层与助推油产生互斥，能带动微生物胶囊向裂隙深处移动；微生物保护膜分解后，微生物开始发育、繁殖，待微生物发育繁殖数天后，聚乙烯醇膜分解完成，氯化钙粉剂溢出后与微生物发生固化作用，产生碳酸钙沉淀，从而达到微裂隙防渗的效果。聚乙烯醇膜又称PVA膜，PVA为无色、无毒、无腐蚀性的可生物降解的水溶性有机高分子聚合物，不同醇解度的胶囊材料水解所需时间不同，本技术方案中的聚乙烯醇膜的醇解度为79.8％，能够保证胶囊内膜、微生物保护膜均水解后，氯化钙才开始释放。

还包括包裹胶囊内膜的胶囊外膜，在所述胶囊外膜与胶囊内膜之间还设有发泡剂外膜，发泡剂外膜内填充有发泡剂。发泡剂外膜内部充压，且该压强为0.12-0.19MPa，通常无水裂隙中的压强为0.1-0.11MPa，即能保证发泡剂外膜在遇到无水裂隙时，能够及时破裂，发泡剂颗粒通过以下方式获得：将海藻酸钠溶液及碳酸钙溶液进行灭菌，灭菌后与氯化铝粉末、聚氨酯泡沫进行混合，再加入40ml含有吐温80的大豆油，在4℃的条件下用400rpm的搅拌速度搅拌15min，进行乳化，再加入含0.5％冰乙酸的大豆油10～20ml，在4℃的条件用400rpm的搅拌速度搅拌30min，搅拌完成后加入60ml醋酸盐溶液，放置2h，在转速为4000rpm的条件下离心搅拌10min后得到发泡剂颗粒。

所述胶囊外膜、胶囊内膜、发泡剂外膜以及微生物保护膜均由海藻酸钠制成。作为优选，使用海藻酸钠作为胶囊外膜、胶囊内膜、发泡剂外膜以及微生物保护膜的制备材料，能够确保在微生物胶囊注入目标间隙后短时间内实现水解。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型通过对微生物细菌、营养液以及固化液等的复合成多层状的微生物胶囊，利用微生物胶囊的逐层分解，使得在微生物胶囊到达裂隙后，细菌、营养液、固化液等逐级释放，然后通过微生物诱导产生碳酸钙来实现对裂隙的固化防渗，微生物胶囊的注入采用低压推进，确保微生物细菌等顺利进入至裂隙中，防止在注浆口形成固化产物，避免固化产物阻碍后续浆液的运移、扩散；

2、本实用新型在胶囊外膜与胶囊内膜之间设置发泡剂外膜，发泡剂填充至发泡剂外膜内，当微生物胶囊在裂隙网络中运移时，胶囊外膜水解，胶囊内膜与发泡剂外膜后各自运移，运移过程中发泡剂外膜逐步水解，当发泡剂外膜内物质遇到无效裂隙中富集的空气后，随即发生体积膨胀，对无效裂隙的端口实施快速封堵；

3、本实用新型在微生物胶囊注入裂隙后，胶囊内膜上的多个疏油涂层与助推油产生互斥，即能带动微生物胶囊向裂隙深处移动，当胶囊内膜快速水解后，脱脂剂与助推油反应，脱脂剂对助推油具有较强的亲和能力，能够形成水包油的乳液小微粒，使得助推油溶解以避免裂隙堵塞；微生物保护膜分解后，微生物在水中激活活性，微生物开始发育、繁殖，待微生物发育繁殖数天后，聚乙烯醇膜分解完成，氯化钙粉剂溢出后与微生物发生固化作用，产生碳酸钙沉淀，达到微裂隙防渗的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中处的放大图；

图3为活动块的结构示意图；

图4为轴套的结构示意图；

图5为进料管的结构示意图；

图6为微生物胶囊的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-料仓、2-进料管、3-注水管、4-进料孔、5-扇叶、6-出料孔、7-注油管、8-中心轴、9-混合腔、10-储油腔、11-出油管、12-增压泵Ⅰ、13-压力仓Ⅱ、14-导油管、15-喷射管、16-主搅拌叶、17-透水孔、18-副搅拌叶、19-导管、20-增压泵Ⅱ、21-输送管、22-止退块、23-阀体、24-压缩弹簧、25-活动块、26-密封板、27-外排管、28-活塞、29-连杆、30-注浆缸体Ⅰ、31-凸轮、32-限位环、33-拉伸弹簧、34-滑块、35-连接孔、36-混合孔、37-底板、38-输出管、39-氯化钙、40-轴套、41-环形槽、42-随动块、43-限位块、44-胶囊外膜、45-疏油涂层、46-胶囊内膜、47-脱脂剂、48-发泡剂、49-发泡剂外膜、50-微生物保护膜、51-微生物培养基、52-聚乙烯醇膜、53-压力仓Ⅰ。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

如图1～5所示，本实施例首先在已探明的隧道渗漏点钻孔，将微生物胶囊、水和助推油独立存储在原料输送机内，料仓1分隔成混合腔9和储油腔10，微生物胶囊与水通过进料管2进入至混合腔9内，通过搅拌设备的反复搅拌，微生物胶囊与水充分混合，通过输送管21进入至调节组件中，而助推油通过注油管7进入至储油腔10中，再经过导油管14后进入至喷射管15中，且在整个过程中，助推油持续注入，喷射管15的末端与裂隙对接，在随输送管21中水与微生物胶囊的总量增加后，且在输送管21中间断式加注低压，进而推动调节组件，使得调节组件改变输送管21最初的封闭状态，即输送管21与喷射管15连通，周期性的向输送管21中注入低压，使得输送管21与喷射管15之间的开闭呈周期性变化，即水与微生物胶囊混合后形成的混合物定时定量的挤入至持续流通的助推油中，而在喷射管15注入裂隙中的物质即为：混合物、助推油交替分布的流体，在微生物胶囊的外壁分解后，利用微生物胶囊内部物质的疏油性，助推油在进入至裂隙中后能够推动微生物胶囊内部物质向裂隙深处移动，扩大固化防渗范围。

本实施例中压力仓Ⅰ用于对水和微生物胶囊的暂存以及稳压，压力仓Ⅱ13用于对助推油的暂存以及稳压，在所述混合腔9底部设有导管19，导管19通过增压泵Ⅱ20与压力仓Ⅰ53连通，所述输送管21与压力仓Ⅰ53连通，在所述储油腔10底部设有出油管11，出油管11通过增压泵Ⅰ12与压力仓Ⅱ13连通，所述导油管14与压力仓Ⅱ13连通，设置的增压泵Ⅱ20与增压泵Ⅰ12能够对输送管21中的水、微生物胶囊以及导油管14中的助推油进行加注低压，且增压泵Ⅰ12与增压泵Ⅱ20的加压方式有所区别，即增压泵Ⅱ20定期对输送管21进行加压，而增压泵Ⅰ12则持续对导油管14进行加压，增压泵Ⅱ20所施加的压强要大于增压泵Ⅰ12所施加的压强，如此才能保证水与微生物胶囊顺利挤入至助推油中。

实施例2

如图1～5所示，本实施例中水和微生物胶囊的混合包括两次混合，即进料管2中的初次混合以及混合腔9中的二次混合。原料输送机中，水和微生物胶囊单独分开，以便于长期储存，在进行初级搅拌时，水从注水管3中垂直向下注入，而微生物胶囊则进料管2侧壁上的进料孔4中注入，注水管3中的水直接对扇叶5形成冲刷，进而带动扇叶5转动，且在扇叶5的搅动作用下微生物胶囊与水进行初次混合，混合后的水与微生物胶囊经出料孔5进入至混合腔9内，再由混合腔9中的搅拌组件进行二次混合，以确保水与微生物胶囊的混合均匀度。

进料管2能够对水以及微生物胶囊进行初次混合，以避免在混合腔9中微生物胶囊成团，初次混合后的水、微生物胶囊进入至混合腔9后，由搅拌组件对其进行二次混合，为确保在输送管21以及喷射管15中的微生物胶囊与水始终保持均匀分布，设置在中心轴8上的两个主搅拌叶16与副搅拌叶18，其中，副搅拌叶18通过轴套40转动设置在中心轴8上，沿轴套40的周向在其内圆周壁上开有环形槽41，且在环形槽41内对称设置有两个限位块43，在中心轴8外圆周壁上对称设置有两个随动块42，且两个随动块42与两个限位块43交错分布，而两个主搅拌叶16固定在中心轴8上，且在两个主搅拌叶16上均开有多个透水孔17，即在中心轴8转动时，两个主搅拌叶16片随中心轴8一并进行转动，而当限位块43与随动块42相互接触后，副搅拌叶18才能随中心轴8一起转动，此时，在两个主搅拌叶16片的搅动下，混合腔9体内的两侧首先形成循环流场，进而带动混合腔9体内的微生物胶囊和水不断翻滚搅动，且当副搅拌叶18随中心轴8一并转动后，即在混合腔9中部形成另有一个循环流场，随搅拌时间的增加，三个搅动叶形成的循环流场合并在一起，使得混合腔9中的搅拌效果达到最佳，进而确保混合腔9中输出的水与微生物胶囊均匀分布。

实施例3

如图1～5所示，本实施例中，在实现水、微生物胶囊以及助推油的混合可通过两种方式来实现：

第一种，在输出管38上连接柱状的注浆缸体Ⅰ30。注浆缸体Ⅰ30用于对水与微生物胶囊混合后形成的混合物进行间歇性喷注，当混合物由输送管21进入至通孔内时，与该通孔对应的偏心轮转动，偏心轮的突出部下压位于第一个阀体23上端的止退块22，使得该阀体23的密封板26向注浆缸体Ⅰ30的中部移动，此时，第一个阀体23上的压缩弹簧24被压缩，输送管21与注浆缸体Ⅰ30连通，大量的混合物进入至注浆缸体Ⅰ30中，与第二个阀体23对应的偏心轮转动，使得偏心轮的突出部下压位于第二个阀体23上端的止退块25，使得注浆缸体Ⅰ30与喷射管15连通，与此同时，位于圆形壳体内的凸轮31转动，进而带动连杆29以及活塞28向上移动，即推动注浆缸体Ⅰ30内的混合物进入至喷射管15中，且在调节组件的调控下，注浆缸体Ⅰ30内的混合物定时定量向喷射管15中注入，确保在喷射管15中混合物与助推油交错分布。防护壳体内的两个阀体23的工作原理相同，但是执行开闭动作的顺序相反，同样地，与两个阀体23对应的两个偏心轮依次按先后顺序转动，即当第一个偏心轮的突出部与第一个阀体23的止退块22接触时，第二个偏心轮的突出部与第二个阀体23的止退块25之间的间距达到最大，通过两个偏心轮的转动与凸轮31的转动，即可控制在单位时间注浆缸体Ⅰ30内混合物的注入与输出，并且在一定程度上能够对混合物进行加压，继而达到定时定量输送水与微生物胶囊的目的。

第二种，在输出管38上连接柱状的注浆缸体Ⅰ30，在出油管11上连接注浆缸体Ⅱ，所述注浆缸体Ⅱ与注浆缸体Ⅰ30结构相同，且注浆缸体Ⅱ中的一个通孔与导油管14连通，注浆缸体Ⅱ中的另一个通孔通过外排管27与喷射管15连通。利用通过相同结构的注浆缸体Ⅰ30与注浆缸体Ⅱ分别对混合物、助推油进行定量调控，使得混合物与助推油交替注入至喷射管15中。

在本实施例中，上述两种方式均能与调节组件配合使用，即混合物在注浆缸体Ⅰ30内进行初次定量输出后进入至输出管38内，活塞28能够对定量输出的混合物进行一定程度的增压，当压力值到达上限时，混合物会经来连接孔35进入至混合孔36内，同时混合物会带动滑块34朝远离限位环32的方向移动，直至混合孔36完全进入至喷射孔中，此时，与滑块34端面连接的底板37与喷射管15的内壁接触，滑块34被推动至喷射管15中直至混合孔36与喷射管15同轴，混合物流体切入持续流动的助推油流体中，在当注浆缸体Ⅰ30内混合物停止输出时，与滑块34连接的拉伸弹簧33回复形变，带动滑块34回复至其初始状态，即重新封闭输出管38，即通过两次对混合物的输出调控，使得喷射孔中流通的流体为交错分布的混合物与助推油，在最大程度上确保进入裂隙的水、微生物胶囊以及助推油的固化效果达到最佳。

实施例4

如图6所示，本实施例中的微生物胶囊为多层结构，分别包括胶囊内膜46、微生物保护膜50以及聚乙烯醇膜52，脱脂剂47、微生物培养基51以及氯化钙39由外向内依次填充，其中，胶囊内膜46、微生物保护膜50均采用水解速率较快的材料制成，且在微生物胶囊注入裂隙后，胶囊内膜46上的多个疏油涂层45与助推油产生互斥，即能带动微生物胶囊向裂隙深处移动，当胶囊内膜46快速水解后，脱脂剂47与助推油反应，脱脂剂47对助推油具有较强的亲和能力，能够形成水包油的乳液小微粒，使得助推油溶解以避免裂隙堵塞；微生物培养基51包括吸附树脂、细菌以及营养液，且微生物保护膜50分解后，微生物培养基51中的细菌在水中激活活性，微生物开始发育、繁殖，待微生物发育繁殖数天后，聚乙烯醇膜52分解完成，氯化钙39粉剂溢出后与微生物发生固化作用，产生碳酸钙沉淀，从而达到微裂隙防渗的效果。

岩体中往往存在一定数量没有被水填充的裂隙(“无水裂隙”即“无效裂隙”)，若微生物胶囊在无效裂隙中发生固化反应，对防渗无实质贡献，实属资源浪费。对此，申请人在胶囊内膜46外部设置有胶囊外膜44，同时在胶囊外膜44与胶囊内膜46之间设置发泡剂外膜，发泡剂48填充至发泡剂外膜49内，当微生物胶囊在裂隙网络中运移时，胶囊外膜44水解，胶囊内膜46与发泡剂外膜49后各自运移，运移过程中发泡剂外膜49逐步水解，当发泡剂外膜49内物质遇到无效裂隙中富集的空气后，随即发生体积膨胀，对无效裂隙的端口实施快速封堵，从而有效避免了胶囊内膜46中的细菌和营养液进入无效裂隙进而发生无用的固化反应，即实现自动规避无效裂隙的目的，减少微生物胶囊资源浪费的同时有的放矢的实现有水裂隙精准防渗。选用PNIPAm材料在胶囊内膜外壁进行密集的点状分布涂层形成疏油涂层45，PNIPAm具备亲水、疏油的特性。

作为优选，使用海藻酸钠作为胶囊外膜44、胶囊内膜46、发泡剂外膜49以及微生物保护膜50的制备材料，能够确保在微生物胶囊注入目标间隙后短时间内实现水解，微生物胶囊注浆时间为4～6个小时，而胶囊外膜44遇水分解时间为10～15分钟，发泡剂外膜49水解时间为10～15个小时，胶囊内膜46水解时间为3～5个小时，微生物保护膜50的水解时间为2～4个小时，聚乙烯醇膜52的水解时间为3～4天，微生物胶囊中填充的各类物质释放时间有所区别，即胶囊外膜44快速分解后，脱脂剂47首先释放且与助推油发生皂化反应，以避免助推油对裂隙中的水体造成污染，然后细菌与营养液随之释放，细菌开始激活、繁殖，接着是由发泡剂48开始对裂隙中的无效裂隙进行封堵，最后氯化钙39释放后与细菌发生固化反应并诱导产生碳酸钙，即完成对裂隙的固化防渗工序。

Claims (10)

1.一种用于裂隙岩体固化防渗的微生物胶囊注入装置，包括料仓(1)，其特征在于：所述料仓(1)内部分隔成相互独立的混合腔(9)与储油腔(10)，在所述料仓(1)上设有与混合腔(9)连通的进料管(2)，微生物胶囊和水通过进料管(2)进入至混合腔(9)中，在所述料仓(1)上设有与储油腔(10)连通的注油管(7)，在所述混合腔(9)内转动设置有中心轴(8)，且在中心轴(8)上设有搅拌组件，在混合腔(9)底部设有输送管(21)，在储油腔(10)底部设有与输送管(21)连通的导油管(14)，且在导油管(14)与输送管(21)的连接处设有喷射管(15)，在所述输送管(21)上设有调节组件，所述调节组件用于控制输送管(21)与喷射管(15)之间的开闭。

2.根据权利要求1所述的一种用于裂隙岩体固化防渗的微生物胶囊注入装置，其特征在于：所述进料管(2)下端封闭且置于混合腔(9)内，进料管(2)下端的外径沿其轴线朝靠近混合腔(9)中部的方向递减，在进料管(2)下端内壁中部转动设置有扇叶(5)，在进料管(2)下端端面上开有多个与混合腔(9)连通的出料孔(6)，在所述进料管(2)内设有与扇叶对中的注水管(3)，在进料管(2)的两侧侧壁上开有进料孔(4)。

3.根据权利要求1所述的一种用于裂隙岩体固化防渗的微生物胶囊注入装置，其特征在于：在所述混合腔(9)底部设有导管(19)，导管(19)通过增压泵Ⅱ(20)与压力仓Ⅰ(53)连通，所述输送管(21)与压力仓Ⅰ(53)连通；在所述储油腔(10)底部设有出油管(11)，出油管(11)通过增压泵Ⅰ(12)与压力仓Ⅱ(13)连通，所述导油管(14)与压力仓Ⅱ(13)连通。

4.根据权利要求1所述的一种用于裂隙岩体固化防渗的微生物胶囊注入装置，其特征在于：还包括柱状的注浆缸体Ⅰ(30)，在注浆缸体Ⅰ(30)上端设有与之内部连通的防护壳体，在注浆缸体Ⅰ(30)下端设有与之内部连通的圆形壳体，在圆形壳体内转动设置有凸轮(31)，在注浆缸体Ⅰ(30)内滑动设置有活塞(28)，活塞(28)上铰接设置有连杆(29)，连杆(29)的下端与凸轮(31)的突出部铰接，在防护壳体内设有两个侧壁相互连接的阀体(23)，沿阀体(23)的轴线在其两端分别开有回复孔，且在每一个回复孔内均滑动设置有止退块(22)，两个止退块(22)通过联动杆连接，在阀体(23)内设有压缩弹簧(24)，压缩弹簧(24)的一端与阀体(23)的内壁连接，压缩弹簧(24)另一端与位于阀体(23)下端的止退块(22)连接，在防护壳体内转动设置有两个偏心轮，偏心轮与位于阀体(23)上端的止退块(22)对应，在两个所述阀体(23)下段相背的侧壁上分别开有通孔，一个通孔与输送管(21)连通，另一个通孔与输出管(38)连通，且输出管(38)通过调节组件与所述喷射管(15)连通，在两个所述阀体(23)下段相对的侧壁上分别设有与通孔正对的突起，在位于阀体(23)上端的止退块(22)下表面设有支杆，支杆下端设有用于控制阀体(23)下端面开闭的密封板(26)。

5.根据权利要求4所述的一种用于裂隙岩体固化防渗的微生物胶囊注入装置，其特征在于：所述调节组件包括限位环(32)、拉伸弹簧(33)、滑块(34)以及底板(37)，所述限位环(32)固定在输出管(38)的内圆周壁上，滑块(34)呈圆柱状且滑动设置在输出管(38)内，滑块(34)的外径与输出管(38)的内径相同，拉伸弹簧(33)的一端与滑块(34)的一端端面连接，拉伸弹簧(33)的另一端与限位环(32)侧壁连接，沿滑块(34)的轴向在其靠近拉伸弹簧(33)的一端端面上开有连接孔(35)，沿滑块(34)的径向在其远离拉伸弹簧(33)的一端上开有混合孔(36)，混合孔(36)与连接孔(35)连通，所述底板(37)固定在滑块(34)远离拉伸弹簧(33)的一侧端面上，底板(37)位于输出管(38)与喷射管(15)的连接处且能将所述输出管(38)的流通截面封闭。

6.根据权利要求4所述的一种用于裂隙岩体固化防渗的微生物胶囊注入装置，其特征在于：还包括注浆缸体Ⅱ，所述注浆缸体Ⅱ与注浆缸体Ⅰ(30)结构相同，且注浆缸体Ⅱ中的一个通孔与导油管(14)连通，注浆缸体Ⅱ中的另一个通孔通过外排管(27)与喷射管(15)连通。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的一种用于裂隙岩体固化防渗的微生物胶囊注入装置，其特征在于：所述搅拌组件包括两个主搅拌叶(16)和一个副搅拌叶(18)，两个主搅拌叶(16)固定设置在所述中心轴(8)的外圆周壁上且分别位于所述副搅拌叶(18)的两侧，在每一个所述主搅拌叶(16)上均开有多个透水孔(17)，在所述中心轴(8)上套设有轴套(40)，且沿轴套(40)的周向在其内圆周壁上开有环形槽(41)，且在环形槽(41)内对称设置有两个限位块(43)，在中心轴(8)外圆周壁上对称设置有两个随动块(42)，且两个随动块(42)与两个限位块(43)交错分布。

8.根据权利要求1所述的一种用于裂隙岩体固化防渗的微生物胶囊注入装置，其特征在于：所述微生物胶囊包括胶囊内膜(46)，且在胶囊内膜(46)内部由外向内依次设有微生物保护膜(50)以及聚乙烯醇膜(52)，在聚乙烯醇膜(52)内部填充有氯化钙(39)，在微生物保护膜(50)与聚乙烯醇膜(52)之间填充有微生物培养基(51)，在胶囊内膜(46)与微生物保护膜(50)之间填充有脱脂剂(47)，且在胶囊内膜(46)外壁上均匀设置有多个疏油涂层(45)。

9.根据权利要求8所述的一种用于裂隙岩体固化防渗的微生物胶囊注入装置，其特征在于：还包括包裹胶囊内膜(46)的胶囊外膜(44)，在所述胶囊外膜(44)与胶囊内膜(46)之间还设有发泡剂外膜(49)，发泡剂外膜(49)内填充有发泡剂(48)。

10.根据权利要求9所述的一种用于裂隙岩体固化防渗的微生物胶囊注入装置，其特征在于：所述胶囊外膜(44)、胶囊内膜(46)、发泡剂外膜(49)以及微生物保护膜(50)均由海藻酸钠制成。

Images