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专利号: 2017106584058
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种低渗透性煤岩体劈裂渗透耦合注浆试验装置,其特征在于:包括底座(1)、注浆泵(5)、电动水泥搅拌站(6)、注浆试验内缸(16)、注浆试验外缸(17)、注浆花管(23)、煤岩体试样(26);所述注浆试验内缸(16)的下端与底座(1)相连,注浆试验内缸(16)的上端设有可活动的顶部密封压头(19),所述注浆试验外缸(17)环套于注浆试验内缸(16)的外侧,注浆试验外缸(17)的下端与底座(1)相连,注浆试验外缸(17)的上端设有环形压头(27),注浆试验内缸(16)、注浆试验外缸(17)、底座(1)和环形压头(27)之间形成环形通道(18),注浆试验外缸(17)的上部设有溢浆管(10)和排气管(13),溢浆管(10)和排气管(13)分别与环形通道(18)连通,所述煤岩体试样(26)填充于注浆试验内缸(16)内部,在煤岩体试样(26)的中心设置注浆花管(23),注浆花管(23)上均布有溢浆孔(24),所述底座(1)开设有底座注浆孔,底座注浆孔与注浆花管(23)下端相连,所述电动水泥搅拌站(6)与注浆泵(5)的入口连通,注浆泵(5)的出口通过高压注浆软管(2)与底座注浆孔连通;

所述环形通道(18)内均匀对称地布置多个让压密封塞(20);

所述注浆试验内缸(16)的内壁间隔设置有若干环形的浆液聚集槽(21),浆液聚集槽(21)的中部开设有排浆排气孔(22),排浆排气孔(22)与环形通道(18)连通;

所述注浆泵(5)的出口设置浆液伺服控制系统(4),所述高压注浆软管(2)上设置浆液流量、压力及密度监测系统(3);

所述溢浆管(10)上设置弹簧微启式安全阀(11)和隔膜式压力表(12);所述排气管(13)上设置排气控制阀(14);所述溢浆管(10)的下方设置浆液盛装容器(15);

注浆试验内缸直径为500 700 mm,壁厚为10 20 mm,高度为500 600 mm;注浆试验外缸~ ~ ~直径为800 900 mm,壁厚为20 30 mm,高度为500 600 mm,注浆试验内外缸之间的间距为30~ ~ ~

60 mm;注浆泵可提供0 20 MPa、20 40 MPa、40 60 MPa3个级别的注浆压力,电动水泥搅拌~ ~ ~ ~站的容量为30 50 L;

~

所述注浆试验内缸(16)的下端插入底座(1)上的环形槽口内;所述注浆试验外缸(17)的下端与底座(1)通过高强螺栓(9)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种低渗透性煤岩体劈裂渗透耦合注浆试验装置,其特征在于:所述底座注浆孔包括注浆孔一(25)和注浆孔二(8),注浆孔一(25)位于底座(1)的中心位置,注浆花管(23)下端插入注浆孔一(25)中,注浆孔二(8)一端与注浆孔一(25)连通,注浆孔二(8)另一端延伸至底座(1)侧面并安装有接口法兰盘(7),高压注浆软管(2)与接口法兰盘(7)相连。

3.一种采用权利要求2所述试验装置的低渗透性煤岩体劈裂渗透耦合注浆试验方法,其特征在于,该试验方法包括以下步骤:步骤一:将压力试验机与顶部密封压头(19)相连,启动压力试验机,通过顶部密封压头(19)对煤岩体试样(26)施加预定轴压,在施加轴压的过程中,通过排气管(13)将注浆试验内缸(16)及环形通道(18)中的气体排出,通过注浆试验内缸(16)、注浆试验外缸(17)和让压密封塞(20)对煤岩体试样(26)提供环向约束力;

步骤二:将一定比例的水泥和水放入到电动水泥搅拌站(6)中进行混合,均匀混合后的浆液通过注浆泵(5)、高压注浆软管(2)被输送到底座(1)的底座的注浆孔一(25)和注浆孔二(8)中,再通过注浆花管(23)中的溢浆孔(24)向煤岩体试样(26)挤压扩散,注浆泵(5)的注浆压力低于低渗透性煤岩体的劈裂压力,直至高压注浆软管(2)内部浆液流量为零或者出现浆液回流现象;

步骤三:将注浆泵(5)的注浆压力逐步提高至低渗透性煤岩体的劈裂压力,将煤岩体试样(26)的微裂隙的开度增大,使浆液继续注入到煤岩体试样(26)中。

4.根据权利要求3所述一种低渗透性煤岩体劈裂渗透耦合注浆试验方法,其特征在于:

在实施步骤三的过程中,被煤岩体试样(26)的气体和多余的浆液不断汇集于浆液聚集槽(21)中,并通过排浆排气孔(22)排到环形通道(18)中,随着注浆压力的提高,环形通道(18)中浆液不断积聚增多并存满整个环形通道(18),当环形通道(18)内部压力与外部空气压力差值超过设定压力值时,弹簧微启式安全阀(11)自动打开,通过溢浆管(10)将环形通道(18)内的气体和浆液排出到浆液盛装容器(15)中,以保证注浆的持续进行。

5.根据权利要求3所述一种低渗透性煤岩体劈裂渗透耦合注浆试验方法,其特征在于:

在实施步骤二和步骤三的过程中,通过浆液流量、压力及密度监测系统(3)实时动态监测浆液的流量、压力及密度,从而保证浆液的易性和注浆压力的有效控制,实现对注浆过程的精细化控制。