1.一种气压驱动松散体注浆模拟试验装置,其特征在于,包括注浆平台子系统、气压子系统和监测系统;注浆平台子系统包括筒形注浆平台主体(1),筒形注浆平台主体(1)底端通过环绕筒形注浆平台主体(1)周向设置的底座螺栓(3)固定有一底座(2),筒形注浆平台主体(1)顶部设有密封盖(6),所述密封盖(6)通过环向螺纹(21)和O形密封圈(22)密封在筒形注浆平台主体(1)顶端,所述筒形注浆平台主体(1)上部一侧设有进液漏斗(4);所述气压子系统包括空气压缩机(13),空气压缩机(13)的出口与一高压输气管(16)的一端连接,高压输气管(16)的另一端穿过密封盖(6)并伸入筒形注浆平台主体(1),空气压缩机(13)上设有泄压阀(15);
所述监测系统包括气压传感器(14)、液压传感器(18)、称重传感器(19)和监测主机(17),所述气压传感器(14)设在空气压缩机(13)出气口,液压传感器(18)有四个,从上至下均匀布置在筒形注浆平台主体(1)侧壁的安装接口上,最上方的液压传感器(18)安装高度与筒形注浆平台主体(1)中部的散体高线(10)平齐,且相邻液压传感器(18)间距为100mm;
称重传感器(19)设在底座(2)中心,且底座(2)上环绕称重传感器(19)分布设有四个出液孔,监测主机(17)设在筒形注浆平台主体(1)外围,所述气压传感器(14)、液压传感器(18)、称重传感器(19)分别通过数据传输线路(20)与监测主机(17)连接。
2.根据权利要求1所述的气压驱动松散体注浆模拟试验装置,其特征在于,所述筒形注浆平台主体(1)的尺寸为Φ120mm×480mm,筒壁厚度为15mm。
3.根据权利要求1所述的气压驱动松散体注浆模拟试验装置,其特征在于,所述进液漏斗(4)的最高液面与筒形注浆平台主体(1)上部的浆液高限(12)平齐。
4.根据权利要求1所述的气压驱动松散体注浆模拟试验装置,其特征在于,所述高压输气管(16)的直径为6mm。
5.根据权利要求1所述的气压驱动松散体注浆模拟试验装置,其特征在于,最顶部的液压传感器(18)距离筒形注浆平台主体(1)顶端120mm。
6.根据权利要求1所述的气压驱动松散体注浆模拟试验装置,其特征在于,所述底座(2)内径200mm、壁厚20mm,称重传感器(19)直径100mm。
7.一种气压驱动松散体注浆模拟试验方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)注浆平台组装:将筒形注浆平台主体(1)与底座(2)通过底座螺栓(3)固定,将筒形注浆平台主体(1)的液压传感器(18)安装接口用螺塞(7)堵住,形成尺寸为Φ120mm×480mm的柱状散体压实空间;
(2)松散体填充压实:确定实际掘进工作面松散体粒径级配,并现场实测垂直应力σ1,将符合实际粒径级配的试验用松散体(9)填充到筒形注浆平台主体(1)中,并使填充的试验用松散体(9)上部平整,将压实杆体(8)从筒形注浆平台主体(1)上方置入,在与压实杆体(8)相连的压力机的加压作用下将试验用松散体(9)压实至底座(2)的称重传感器(19)检测到应力水平为σ1,稳压5min,压实后的松散体在散体高限(10)以下;撤掉压实杆体(8),使压实的试验用松散体(9)在顶部卸载的条件下膨胀变形,通过敲击压实松散体(9)顶部位置壁面来加剧散体膨胀,模拟现场卸载后壁面不同程度的破坏;
(3)注浆子系统密封:将与高压输气管(16)连接的密封盖(6)拧紧,借助环向螺纹(21)和O型密封圈(22)密封注浆子系统;
(4)安设监测传感器:取下螺塞(7),依次在各个安装接口上安装液压传感器(18),开启监测主机(17),确定可以获得液压传感器(18)、气压传感器(14)和称重传感器(19)的检测数据;
(5)浆液输入:开启泄压阀(15),使试验用松散体(9)上部空间通过高压输气管(16)与外界连通,通过进液漏斗(4)将浆液(11)输入至注浆子系统上部空间,最终浆液(11)液面高度与进液漏斗(4)边沿平齐,或者低于进液漏斗(4)边沿,关闭进液漏斗(4)的开关阀(5),并密封进液漏斗(4);
(6)气压注浆:关闭泄压阀(15),开启空气压缩机(13),调节空气压缩机(13)的注浆压力到0.7-1.0MPa模拟现场矿井注浆,此时在浆液(11)液面与密封盖(6)之间形成高压环境,此时最上方的液压传感器(18)检测到的液压数值与空气压缩机(13)的注浆压力相同,说明注浆压力可以稳定地传递到浆液(11)中,实现稳压注浆;
(7)停止注浆时间判断:当试验用松散体(9)内部的各个液压传感器(18)检测压力不再发生变化,气压传感器(14)检测的注浆压力稳定不变时,再稳压3min关闭空气压缩机(13),停止注浆,此时浆液的渗透距离即为浆液注浆半径参考值;
(8)取样分析得到注浆半径:取下液压传感器(18),拆卸密封盖(6)和底座(2),底部没有接触到浆液(11)的松散体松脱后,借助直尺等常规测量工具测量试验用松散体(9)上表面至下表面的长度即为注浆半径;将注浆后的试验用松散体(9)钻心后进行单轴压缩试验分析,再借助直尺等常规测量工具进行浆液扩散形态定位,精确确定松散体(9)的浆液扩散半径;
(9)注浆平台子系统清洗:将残余的浆液、注浆后松散介质清理干净,清洗注浆平台子系统,以备下次使用。