分体式砂层高压注浆模拟实验装置制造方法
【专利摘要】本发明属于采矿工程与安全【技术领域】，具体涉及一种分体式砂层高压注浆模拟实验装置。该装置可在向砂中注浆完成后将试验装置剥离，可直观掌握浆液在砂中的状态，解决当前通过井下或地面向地层中砂层高压注浆作用原理和效果的试验和验证问题。本发明采用的技术方案包括砂筒和水槽，所述的砂筒分为左半筒和右半筒，所述的左半筒和右半筒拼接为一体，相拼接的部分设置有密封垫，左半筒和右半筒的侧壁上设置有出浆孔，所述的左半筒的上端侧壁上设置有入水口，左半筒和右半筒之间设置有注浆管，注浆管的圆周壁上设置有注浆孔，所述的左半筒和右半筒上端设置有加压盖板，所述的入水口通过软管与水槽上的出水口连接。
【专利说明】分体式砂层高压注浆模拟实验装置
[0001]一、【技术领域】:
本发明属于采矿工程与安全【技术领域】，具体涉及一种分体式砂层高压注浆模拟实验装置。
[0002]二、【背景技术】:
在一些煤田区，当煤矿开采工作面在通过薄基岩厚松散层富水区域时，存在突水溃砂的灾害威胁，若不进行相应预防和处理，水砂溃入工作面，会发生严重的人员伤亡和淹井事故。采用在井下向岩层之上一定范围内富水砂层中高压注浆改变突水溃砂物源条件的手段去预防突水溃砂灾害，较当前常用的改变工作面开拓方式(房柱式、条带式、留设煤柱式等)和消除水动力条件(预疏放水、地面截留)手段，具有限制条件少、费用低、速度快、效果好的特点。井下向富水砂层中高压注浆的方式，就是在矿井下距开拓工作面一定距离的巷道钻场内向砂层钻孔并高压注浆，改变砂层的整体物理力学特性使之固化及水砂下溃通道不畅，从而保证工作面安全通过。
[0003]利用该项技术已经实现安全通过多个薄基岩厚松散层富水区域下伏采煤工作面，例如在中国神华神东哈拉沟煤矿已经顺利通过22404和22405工作面，两个相邻工作面采厚为4米，采宽为260米，两个工作面分别多回收资源32.7万吨和41.5万吨，实现新增产值44520万元，利润29680万元，节省地面工程征地费用500万元，且有效保护了地面生态环境和地下水资源。实践证明利用井下高压注浆方式改造薄基岩厚松散层富水区域物理力学特性是十分有效的，其技术效果和经济效果明显。
[0004]高压注浆可以达到改造松散砂层特性的目的，但浆液在砂层中是如何迁移，以及最终是以什么方式达到防治突水溃砂效果，当前没有一个直观和定量的研究结果，也没有检索到类似试验和装置。本发明的目的就是提供一种可在室内模拟向含水砂层高压注浆过程的装置。本试验装置为分体式，在完成注浆砂层注浆后，待注入浆液完全凝结后可将试验装置分离，而不扰动整个试验体，将未胶结砂剥离后可清晰观察和测量浆液迁移的路径和凝结状态。
[0005]三、
【发明内容】
:
本发明为了解决上述【背景技术】中的不足之处，提供一种分体式砂层高压注浆模拟实验装置，该装置可在向砂中注浆完成后将试验装置剥离，可直观掌握浆液在砂中的状态，解决当前通过井下或地面向地层中砂层高压注浆作用原理和效果的试验和验证问题。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:一种分体式砂层高压注浆模拟实验装置，包括砂筒和水槽，其特征在于:所述的砂筒分为左半筒和右半筒，所述的左半筒和右半筒拼接为一体，相拼接的部分设置有密封垫，左半筒和右半筒的侧壁上设置有出浆孔，所述的左半筒的上端侧壁上设置有入水口，左半筒和右半筒之间设置有注浆管，注浆管的圆周壁上设置有注浆孔，所述的左半筒和右半筒上端设置有加压盖板，所述的入水口通过软管与水槽上的出水口连接。
[0007]所述的注浆管由注浆立管和注浆平管通过注浆连接弯头连接而成，注浆平管设置于右半筒的底部。[0008]所述的注浆平管的另一端设置有快速接头。
[0009]所述的密封垫为硅胶密封垫。
[0010]所述的砂筒的材料为有机玻璃。
[0011]所述的注浆立管上端设置有堵头。
[0012]所述的砂筒的外壁上设置有环箍。
[0013]所述的快速接头与注浆平管之间设置有阀门。[0014]与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下:本发明分体式砂层高压注浆模拟试验装置可实现在室内模拟向砂层中高压注浆过程和注浆结果，可大范围调整注浆压力、浆液浓度、砂子粒径、砂层密实度、砂层含泥量等指标。注浆压力可由0.5MPa逐级调整至5MPa，浆液的浓度按水灰比可在1: 0.5~1:2之间选择，可以根据情况调整砂子的颗粒级配(分别可试验粗砂、细砂、粉细砂等工况)，可以通过改变砂层上压力调整砂子的密实度，注浆过程中可以清晰观察到浆液对水砂的作用过程。在砂中注入浆液凝结后，将试验装置分离，完整突出浆液固化后的注浆砂体，通过逐层解剖注浆凝结后形成的注浆砂体，精确测量浆液在不同工况下的运移路径与固化形态。通过本试验装置，试验在不同注浆压力、浆液浓度、砂粒级配、砂层密实度、砂层含泥量等指标下的注浆改造砂层性质效果，可分析得出利用井下高压注浆改造富水砂层特性预防突水溃砂灾害的原理，并可利用试验结果对该项技术进行优化，使富水砂层井下高压注浆技术在保证效果的同时更具有广泛适用性。
[0015]四、【专利附图】
【附图说明】:
图1为本发明试验装置立面透视图；
图2为本发明试验装置俯视图；
图3为本发明试验装置水槽透视图；
附图标记:1 一砂筒壁，2—砂仓，3—注浆立管，4一注浆平管，5—注浆连接弯头，6—注楽孔，7—出楽孔，8一入水口，9一加压盖板，10一注衆口，11一阀门，12—决速接头，13—密封垫，14一右半筒，15—左半筒，16—水槽，17—出水口。
[0016]五、【具体实施方式】:
下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明:
参见图1和图2:本发明中整体外观为圆形，砂筒利用透明有机透明玻璃制作，砂筒由中间竖向分为两半左半筒15和右半筒14 (包括砂筒底，不包括砂筒顶盖)，另包含一个水槽16，水槽16的出水口 17与左半筒15上的入水口 8通过透明软管连接，将注浆立管3与右半筒14上注浆平管4通过注浆连接弯头5连接，注浆立管3上端安装堵头，右半筒14和左半筒15拼合，相拼接缝处夹硅胶密封垫13，砂筒外环箍箍紧，砂仓2装砂，砂子的高于入水口 8，将加压盖板9放置于砂层顶，通过加压盖板9竖向加压，利用特种胶将加压盖板9于砂筒壁I密封。在加压盖板9上加压可通过三种方式实现，一是在盖板上配置相应压力要求的配重钢块；二是直接将整个试验装置放置于大型万能压力机上，根据计算要求施加并保持压力；三是在试验装置上配置反力装置，通过压力盒读取数据来调控所加压力的大小。将入水口 8与出水口 18连接，水槽16中注水，快速接头12接注浆设备。
[0017]将配合好的砂子装入组装和密封完成的砂筒中，加水饱和，饱和完成后通过加压盖板加压，调节砂子的密实度，达到设定压力后稳压，并加压盖板与筒壁密封，通过水槽向砂筒中补水。然后通过快速接头接入注浆设备，进行高压注浆，浆液通过注浆立管上的注浆孔进入砂中，并可通过砂筒壁上的出浆孔流出试验装置。浆液由注浆孔进入砂层，穿过砂层一定长度，待注入的浆液凝结后，可将试验装置拆开，解剖注浆体可完整观察和测定到浆液在砂层中的存在状态。浆液在装置中迁移的轨迹以及固化后的形态便是高压注浆的物理效果，并可据此分析注浆改造砂层特性的原理。本装置可改变注浆压力、水头高度、浆液浓度、加压垫块上的加载压力、砂层颗粒大小、砂层含泥量等指标，可进行多种情况下的砂层高压注浆试验。
[0018]使用时首先将注浆立管3用生料带与注浆平管4通过注浆连接弯头5连接，并在注浆立管3上端拧上堵头。然后将装置右半筒14和左半筒15拼合，并在左右半桶拼接缝13处夹入硅胶密封垫，筒外使用多道环箍箍紧，然后向砂仓2内装入砂子，砂子的高度高过入水口 8，加水预饱和。将加压盖板9放置于砂层顶，通过加压盖板9竖向加压，待压力达到预设值后稳压，利用特种胶将加压盖板9于砂筒壁I密封。利用透明软水管将入水口 8与出水口 17连接，向水槽16中注水，并置于比砂筒高的位置，待一定时间后，利用快速接头12接注浆装置，通过注浆口 10向装满砂子的砂筒中开始注浆试验，注浆试验结束待注浆材料完全凝结，松开环箍，将左半筒取下，可以开始解剖注浆体。
【权利要求】
1.一种分体式砂层高压注浆模拟实验装置，包括砂筒和水槽(16)，其特征在于:所述的砂筒分为左半筒(15)和右半筒(14)，所述的左半筒(15)和右半筒(14)拼接为一体，相拼接的部分设置有密封垫(13)，左半筒(15)和右半筒(14)的侧壁上设置有出浆孔(7)，所述的左半筒(15)的上端侧壁上设置有入水口(8)，左半筒(15)和右半筒(14)之间设置有注浆管，注浆管的圆周壁上设置有注浆孔(6)，所述的左半筒(15)和右半筒(14)上端设置有加压盖板(9)，所述的入水口(8)通过软管与水槽(16)上的出水口( 17)连接。
2.根据权利要求1所述的分体式砂层高压注浆模拟实验装置，其特征在于:所述的注浆管由注浆立管(3 )和注浆平管(4 )通过注浆连接弯头(5 )连接而成，注浆平管(4 )设置于右半筒(14)的底部。
3.根据权利要求1或2所述的分体式砂层高压注浆模拟实验装置，其特征在于:所述的注浆平管(4)的另一端设置有快速接头(12)。
4.根据权利要求3所述的分体式砂层高压注浆模拟实验装置，其特征在于:所述的密封垫(13)为娃胶密封垫。
5.根据权利要求4所述的分体式砂层高压注浆模拟实验装置，其特征在于:所述的砂筒的材料为有机玻璃。
6.根据权利要求5所述的分体式砂层高压注浆模拟实验装置，其特征在于:所述的注浆立管(3)上端设置有堵头。
7.根据权利要求6所述的分体式砂层高压注浆模拟实验装置，其特征在于:所述的砂筒的外壁上设置有环箍。
8.根据权利要求7所述的分体式砂层高压注浆模拟实验装置，其特征在于:所述的快速接头(12 )与注浆平管(4 )之间设置有阀门(11)。
【文档编号】G01N33/00GK103630654SQ201310613948
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】吴璋, 徐拴海, 王晓东, 许刚刚 申请人:中煤科工集团西安研究院有限公司