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专利号: 2020109531726
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:

1.一种覆岩隔离注浆充填浆液流动规律三维模拟实验装置,其特征在于:它包括系统框架和注浆模块、监测模块、电脑;其中系统框架为透明亚克力材料制成的矩形箱体,具体包括顶部开口的箱体结构的底座(5)和上盖板(4),上盖板(4)上均匀设有多个监测孔,监测孔的位置与间距可以根据监测的精度需求确定,底座(5)的侧面开有并设有前盖板(6),所述的监测模块包括多个位移传感器(1)和压力传感器(2),位移传感器(1)和压力传感器(2)垂直连接在监测孔上,位移传感器(1)和压力传感器(2)通过线路与电脑连接,上盖板(4)中轴线上及两侧设有多个螺纹孔,根据需求选择其中任意一个螺纹孔与注浆设备连接作为注浆孔(3),其余螺纹孔封堵或者用以安装作为压力传感器(2),注浆孔间距根据待模拟的实际注浆充填工程确定,注浆孔(3)通过管路与注浆模块连接;所述前盖板(6)靠近下方的位置上开有条状矩形槽,矩形槽中设有多根截面将矩形槽填满、纵向与底座(5)接触的抽板(7),矩形槽槽口下表面与底座(5)内表面下侧平齐,系统框架上方设有摄像机,用以拍摄到上表面全局内容。

2.根据权利要求1所述的覆岩隔离注浆充填浆液流动规律三维模拟实验装置,其特征在于:底座(5)和上盖板(4)之间设有密封条保证气密性、并通过板状的安装卡扣两者连接固定。

3.根据权利要求1所述的覆岩隔离注浆充填浆液流动规律三维模拟实验装置,其特征在于:位移传感器(1)和压力传感器(2)为圆柱结构,尾部将连接数据线接入电脑,上盖板(4)的检测孔位为台阶孔,位移传感器(1)和压力传感器(2)的头部垂直插入上盖板(4)的检测孔位,并且头部传感端头将会与上盖板(4)内表面平齐,当底座(5)内部铺设满材料时,位移传感器(1)端头将会因内部弹簧作用顶在模拟地层上方,模拟地层下沉时,端头伸出便可测得下沉距离;位移传感器为防水式弹簧压感传感器,压力传感器为防水式压力变送器,量程根据所模拟的充填体厚度大小、注浆压力大小确定。

4.根据权利要求1所述的覆岩隔离注浆充填浆液流动规律三维模拟实验装置,其特征在于:底座(5)内铺设有模拟实际岩层的模拟岩层,其模拟材料按质量配比为:河沙70%~

80%,滑石粉10%~15%,液压油3%~5%,石蜡2%~8%,生物纤维质粉末1%~3%,聚乙烯醇pva可溶材料2%,然后加热后冷凝获得,模拟材料根据所模拟地层的厚度信息,制作成不同厚度的岩层,分层铺设到底座(5)上。

5.一种使用上述任一权利要求所述覆岩隔离注浆充填浆液流动规律三维模拟实验装置的实验方法,其特征在于步骤如下:

首先将前盖板(6)安装在底座(5)前方,并将所有抽板(7)填满矩形槽;

根据需要模拟的地层特点制作模拟岩层,并根据模拟需要在底座(5)内分层铺设;

在底座(5)上方安装上盖板(4)密封紧固,然后在上盖板(4)上的台阶孔中安装位移传感器(1)和压力传感器(2),并通过导线将位移传感器(1)和压力传感器(2)与电脑相连接;

在上盖板(4)的监测孔中安装位移传感器,在模拟采空区上方均匀布置,同时在上盖板(4)沿长轴等间距布置3个螺纹孔,在螺纹孔中分别安装注浆快插接头和压力传感器,上盖板(4)和底座(5)之间利用扣锁连接,并通过密封层密封接缝处。

通过管路将注浆模块与上盖板(4)上的注浆孔相连接;在上盖板(4)正上方设置监测模块;

然后开始注浆充填开采模拟:

首先通过抽出一侧的抽板(7)模拟煤层开采,抽出后剩余的空间形成模拟采空区,间隔时间逐步抽出抽板(7),采空区会逐渐被上方已下沉、破断的模拟岩层填充,随着上方岩层的不断下沉从而在底座(5)顶部出现更多可注空隙;

当抽出第一块抽板(4)后,就启动注浆模块通过上盖板(4)上的注浆孔(3)向底座(5)内注浆,整个注浆过程中维持稳定的注浆流量,随抽板(7)被抽出,模拟的采动过程注浆持续进行,当采动完全停止后停止注浆;

在开始开采时,由于模拟材料上方与顶盖之间存在部分间隙,因此该阶段为零压阶段;

随着注入量持续增大,注浆压力开始上升,此时进入增压阶段;当注入浆液开始充满待注空间,随着浆液中的水析出并向下部渗流以及岩层不断压密,此时注浆压力将处于一种平衡状态,并进入稳压阶段;当浆液中的水不再渗出且岩层不断压密时,压力又开始上升,进入超压阶段,随即停止注浆;

随着注浆逐渐增加,浆液压实体厚度不断增大,模拟岩层持续下沉,因此,位移传感器顶端的探杆也随岩层向下移动,从而获得模拟岩体的下沉量;同时利用摄像机实时监测浆液的流动轨迹。

6.根据权利要求5所述的实验方法,其特征在于:所述的3个螺纹孔根据需要分别作为两个压力传感器连接孔和一个注浆孔(3),并根据需要可以调整压力传感器连接孔和注浆孔(3)的位置;根据需要增加螺纹孔的数量,以便于安装更多压力传感器,其位置根据具体实验所需测量的点确定。