分體式砂層高壓注漿模擬實驗裝置製造方法

2023-10-29 18:41:32 2

分體式砂層高壓注漿模擬實驗裝置製造方法
【專利摘要】本發明屬於採礦工程與安全【技術領域】，具體涉及一種分體式砂層高壓注漿模擬實驗裝置。該裝置可在向砂中注漿完成後將試驗裝置剝離，可直觀掌握漿液在砂中的狀態，解決當前通過井下或地面向地層中砂層高壓注漿作用原理和效果的試驗和驗證問題。本發明採用的技術方案包括砂筒和水槽，所述的砂筒分為左半筒和右半筒，所述的左半筒和右半筒拼接為一體，相拼接的部分設置有密封墊，左半筒和右半筒的側壁上設置有出漿孔，所述的左半筒的上端側壁上設置有入水口，左半筒和右半筒之間設置有注漿管，注漿管的圓周壁上設置有注漿孔，所述的左半筒和右半筒上端設置有加壓蓋板，所述的入水口通過軟管與水槽上的出水口連接。
【專利說明】分體式砂層高壓注漿模擬實驗裝置
[0001]一、【技術領域】:
本發明屬於採礦工程與安全【技術領域】，具體涉及一種分體式砂層高壓注漿模擬實驗裝置。
[0002]二、【背景技術】:
在一些煤田區，當煤礦開採工作面在通過薄基巖厚鬆散層富水區域時，存在突水潰砂的災害威脅，若不進行相應預防和處理，水砂潰入工作面，會發生嚴重的人員傷亡和淹井事故。採用在井下向巖層之上一定範圍內富水砂層中高壓注漿改變突水潰砂物源條件的手段去預防突水潰砂災害，較當前常用的改變工作面開拓方式(房柱式、條帶式、留設煤柱式等)和消除水動力條件(預疏放水、地面截留)手段，具有限制條件少、費用低、速度快、效果好的特點。井下向富水砂層中高壓注漿的方式，就是在礦井下距開拓工作面一定距離的巷道鑽場內向砂層鑽孔並高壓注漿，改變砂層的整體物理力學特性使之固化及水砂下潰通道不暢，從而保證工作面安全通過。
[0003]利用該項技術已經實現安全通過多個薄基巖厚鬆散層富水區域下伏採煤工作面，例如在中國神華神東哈拉溝煤礦已經順利通過22404和22405工作面，兩個相鄰工作面採厚為4米，採寬為260米，兩個工作面分別多回收資源32.7萬噸和41.5萬噸，實現新增產值44520萬元，利潤29680萬元，節省地面工程徵地費用500萬元，且有效保護了地面生態環境和地下水資源。實踐證明利用井下高壓注漿方式改造薄基巖厚鬆散層富水區域物理力學特性是十分有效的，其技術效果和經濟效果明顯。
[0004]高壓注漿可以達到改造鬆散砂層特性的目的，但漿液在砂層中是如何遷移，以及最終是以什麼方式達到防治突水潰砂效果，當前沒有一個直觀和定量的研究結果，也沒有檢索到類似試驗和裝置。本發明的目的就是提供一種可在室內模擬向含水砂層高壓注漿過程的裝置。本試驗裝置為分體式，在完成注漿砂層注漿後，待注入漿液完全凝結後可將試驗裝置分離，而不擾動整個試驗體，將未膠結砂剝離後可清晰觀察和測量漿液遷移的路徑和凝結狀態。
[0005]三、
【發明內容】
:
本發明為了解決上述【背景技術】中的不足之處，提供一種分體式砂層高壓注漿模擬實驗裝置，該裝置可在向砂中注漿完成後將試驗裝置剝離，可直觀掌握漿液在砂中的狀態，解決當前通過井下或地面向地層中砂層高壓注漿作用原理和效果的試驗和驗證問題。
[0006]為實現上述目的，本發明採用的技術方案為:一種分體式砂層高壓注漿模擬實驗裝置，包括砂筒和水槽，其特徵在於:所述的砂筒分為左半筒和右半筒，所述的左半筒和右半筒拼接為一體，相拼接的部分設置有密封墊，左半筒和右半筒的側壁上設置有出漿孔，所述的左半筒的上端側壁上設置有入水口，左半筒和右半筒之間設置有注漿管，注漿管的圓周壁上設置有注漿孔，所述的左半筒和右半筒上端設置有加壓蓋板，所述的入水口通過軟管與水槽上的出水口連接。
[0007]所述的注漿管由注漿立管和注漿平管通過注漿連接彎頭連接而成，注漿平管設置於右半筒的底部。[0008]所述的注漿平管的另一端設置有快速接頭。
[0009]所述的密封墊為矽膠密封墊。
[0010]所述的砂筒的材料為有機玻璃。
[0011]所述的注漿立管上端設置有堵頭。
[0012]所述的砂筒的外壁上設置有環箍。
[0013]所述的快速接頭與注漿平管之間設置有閥門。[0014]與現有技術相比，本發明具有的優點和效果如下:本發明分體式砂層高壓注漿模擬試驗裝置可實現在室內模擬向砂層中高壓注漿過程和注漿結果，可大範圍調整注漿壓力、漿液濃度、砂子粒徑、砂層密實度、砂層含泥量等指標。注漿壓力可由0.5MPa逐級調整至5MPa，漿液的濃度按水灰比可在1: 0.5~1:2之間選擇，可以根據情況調整砂子的顆粒級配(分別可試驗粗砂、細砂、粉細砂等工況)，可以通過改變砂層上壓力調整砂子的密實度，注漿過程中可以清晰觀察到漿液對水砂的作用過程。在砂中注入漿液凝結後，將試驗裝置分離，完整突出漿液固化後的注漿砂體，通過逐層解剖注漿凝結後形成的注漿砂體，精確測量漿液在不同工況下的運移路徑與固化形態。通過本試驗裝置，試驗在不同注漿壓力、漿液濃度、砂粒級配、砂層密實度、砂層含泥量等指標下的注漿改造砂層性質效果，可分析得出利用井下高壓注漿改造富水砂層特性預防突水潰砂災害的原理，並可利用試驗結果對該項技術進行優化，使富水砂層井下高壓注漿技術在保證效果的同時更具有廣泛適用性。
[0015]四、【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為本發明試驗裝置立面透視圖；
圖2為本發明試驗裝置俯視圖；
圖3為本發明試驗裝置水槽透視圖；
附圖標記:1 一砂筒壁，2—砂倉，3—注漿立管，4一注漿平管，5—注漿連接彎頭，6—注楽孔，7—出楽孔，8一入水口，9一加壓蓋板，10一注眾口，11一閥門，12—決速接頭，13—密封墊，14一右半筒，15—左半筒，16—水槽，17—出水口。
[0016]五、【具體實施方式】:
下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明:
參見圖1和圖2:本發明中整體外觀為圓形，砂筒利用透明有機透明玻璃製作，砂筒由中間豎向分為兩半左半筒15和右半筒14 (包括砂筒底，不包括砂筒頂蓋)，另包含一個水槽16，水槽16的出水口 17與左半筒15上的入水口 8通過透明軟管連接，將注漿立管3與右半筒14上注漿平管4通過注漿連接彎頭5連接，注漿立管3上端安裝堵頭，右半筒14和左半筒15拼合，相拼接縫處夾矽膠密封墊13，砂筒外環箍箍緊，砂倉2裝砂，砂子的高於入水口 8，將加壓蓋板9放置於砂層頂，通過加壓蓋板9豎向加壓，利用特種膠將加壓蓋板9於砂筒壁I密封。在加壓蓋板9上加壓可通過三種方式實現，一是在蓋板上配置相應壓力要求的配重鋼塊；二是直接將整個試驗裝置放置於大型萬能壓力機上，根據計算要求施加並保持壓力；三是在試驗裝置上配置反力裝置，通過壓力盒讀取數據來調控所加壓力的大小。將入水口 8與出水口 18連接，水槽16中注水，快速接頭12接注漿設備。
[0017]將配合好的砂子裝入組裝和密封完成的砂筒中，加水飽和，飽和完成後通過加壓蓋板加壓，調節砂子的密實度，達到設定壓力後穩壓，並加壓蓋板與筒壁密封，通過水槽向砂筒中補水。然後通過快速接頭接入注漿設備，進行高壓注漿，漿液通過注漿立管上的注漿孔進入砂中，並可通過砂筒壁上的出漿孔流出試驗裝置。漿液由注漿孔進入砂層，穿過砂層一定長度，待注入的漿液凝結後，可將試驗裝置拆開，解剖注漿體可完整觀察和測定到漿液在砂層中的存在狀態。漿液在裝置中遷移的軌跡以及固化後的形態便是高壓注漿的物理效果，並可據此分析注漿改造砂層特性的原理。本裝置可改變注漿壓力、水頭高度、漿液濃度、加壓墊塊上的加載壓力、砂層顆粒大小、砂層含泥量等指標，可進行多種情況下的砂層高壓注漿試驗。
[0018]使用時首先將注漿立管3用生料帶與注漿平管4通過注漿連接彎頭5連接，並在注漿立管3上端擰上堵頭。然後將裝置右半筒14和左半筒15拼合，並在左右半桶拼接縫13處夾入矽膠密封墊，筒外使用多道環箍箍緊，然後向砂倉2內裝入砂子，砂子的高度高過入水口 8，加水預飽和。將加壓蓋板9放置於砂層頂，通過加壓蓋板9豎向加壓，待壓力達到預設值後穩壓，利用特種膠將加壓蓋板9於砂筒壁I密封。利用透明軟水管將入水口 8與出水口 17連接，向水槽16中注水，並置於比砂筒高的位置，待一定時間後，利用快速接頭12接注漿裝置，通過注漿口 10向裝滿砂子的砂筒中開始注漿試驗，注漿試驗結束待注漿材料完全凝結，鬆開環箍，將左半筒取下，可以開始解剖注漿體。
【權利要求】
1.一種分體式砂層高壓注漿模擬實驗裝置，包括砂筒和水槽(16)，其特徵在於:所述的砂筒分為左半筒(15)和右半筒(14)，所述的左半筒(15)和右半筒(14)拼接為一體，相拼接的部分設置有密封墊(13)，左半筒(15)和右半筒(14)的側壁上設置有出漿孔(7)，所述的左半筒(15)的上端側壁上設置有入水口(8)，左半筒(15)和右半筒(14)之間設置有注漿管，注漿管的圓周壁上設置有注漿孔(6)，所述的左半筒(15)和右半筒(14)上端設置有加壓蓋板(9)，所述的入水口(8)通過軟管與水槽(16)上的出水口( 17)連接。
2.根據權利要求1所述的分體式砂層高壓注漿模擬實驗裝置，其特徵在於:所述的注漿管由注漿立管(3 )和注漿平管(4 )通過注漿連接彎頭(5 )連接而成，注漿平管(4 )設置於右半筒(14)的底部。
3.根據權利要求1或2所述的分體式砂層高壓注漿模擬實驗裝置，其特徵在於:所述的注漿平管(4)的另一端設置有快速接頭(12)。
4.根據權利要求3所述的分體式砂層高壓注漿模擬實驗裝置，其特徵在於:所述的密封墊(13)為娃膠密封墊。
5.根據權利要求4所述的分體式砂層高壓注漿模擬實驗裝置，其特徵在於:所述的砂筒的材料為有機玻璃。
6.根據權利要求5所述的分體式砂層高壓注漿模擬實驗裝置，其特徵在於:所述的注漿立管(3)上端設置有堵頭。
7.根據權利要求6所述的分體式砂層高壓注漿模擬實驗裝置，其特徵在於:所述的砂筒的外壁上設置有環箍。
8.根據權利要求7所述的分體式砂層高壓注漿模擬實驗裝置，其特徵在於:所述的快速接頭(12 )與注漿平管(4 )之間設置有閥門(11)。
【文檔編號】G01N33/00GK103630654SQ201310613948
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月28日 優先權日:2013年11月28日
【發明者】吳璋, 徐拴海, 王曉東, 許剛剛 申請人:中煤科工集團西安研究院有限公司