分體式砂層高壓注漿模擬實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于采礦工程與安全【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種分體式砂層高壓注漿模擬實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置可在向砂中注漿完成后將試驗(yàn)裝置剝離，可直觀掌握漿液在砂中的狀態(tài)，解決當(dāng)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(yàn)和驗(yàn)證問題。本發(fā)明采用的技術(shù)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(shè)置有密封墊，左半筒和右半筒的側(cè)壁上設(shè)置有出漿孔，所述的左半筒的上端側(cè)壁上設(shè)置有入水口，左半筒和右半筒之間設(shè)置有注漿管，注漿管的圓周壁上設(shè)置有注漿孔，所述的左半筒和右半筒上端設(shè)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(shí)驗(yàn)裝置
[0001]一、【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明屬于采礦工程與安全【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種分體式砂層高壓注漿模擬實(shí)驗(yàn)裝置。
[0002]二、【背景技術(shù)】:
在一些煤田區(qū)，當(dāng)煤礦開采工作面在通過薄基巖厚松散層富水區(qū)域時(shí)，存在突水潰砂的災(zāi)害威脅，若不進(jìn)行相應(yīng)預(yù)防和處理，水砂潰入工作面，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的人員傷亡和淹井事故。采用在井下向巖層之上一定范圍內(nèi)富水砂層中高壓注漿改變突水潰砂物源條件的手段去預(yù)防突水潰砂災(zāi)害，較當(dāng)前常用的改變工作面開拓方式(房柱式、條帶式、留設(shè)煤柱式等)和消除水動(dòng)力條件(預(yù)疏放水、地面截留)手段，具有限制條件少、費(fèi)用低、速度快、效果好的特點(diǎn)。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鉆場(chǎng)內(nèi)向砂層鉆孔并高壓注漿，改變砂層的整體物理力學(xué)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(xiàng)技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)安全通過多個(gè)薄基巖厚松散層富水區(qū)域下伏采煤工作面，例如在中國(guó)神華神東哈拉溝煤礦已經(jīng)順利通過22404和22405工作面，兩個(gè)相鄰工作面采厚為4米，采寬為260米，兩個(gè)工作面分別多回收資源32.7萬噸和41.5萬噸，實(shí)現(xiàn)新增產(chǎn)值44520萬元，利潤(rùn)29680萬元，節(jié)省地面工程征地費(fèi)用500萬元，且有效保護(hù)了地面生態(tài)環(huán)境和地下水資源。實(shí)踐證明利用井下高壓注漿方式改造薄基巖厚松散層富水區(qū)域物理力學(xué)特性是十分有效的，其技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效果明顯。
[0004]高壓注漿可以達(dá)到改造松散砂層特性的目的，但漿液在砂層中是如何遷移，以及最終是以什么方式達(dá)到防治突水潰砂效果，當(dāng)前沒有一個(gè)直觀和定量的研究結(jié)果，也沒有檢索到類似試驗(yàn)和裝置。本發(fā)明的目的就是提供一種可在室內(nèi)模擬向含水砂層高壓注漿過程的裝置。本試驗(yàn)裝置為分體式，在完成注漿砂層注漿后，待注入漿液完全凝結(jié)后可將試驗(yàn)裝置分離，而不擾動(dòng)整個(gè)試驗(yàn)體，將未膠結(jié)砂剝離后可清晰觀察和測(cè)量漿液遷移的路徑和凝結(jié)狀態(tài)。
[0005]三、
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明為了解決上述【背景技術(shù)】中的不足之處，提供一種分體式砂層高壓注漿模擬實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置可在向砂中注漿完成后將試驗(yàn)裝置剝離，可直觀掌握漿液在砂中的狀態(tài)，解決當(dāng)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(yàn)和驗(yàn)證問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種分體式砂層高壓注漿模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括砂筒和水槽，其特征在于: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(shè)置有密封墊，左半筒和右半筒的側(cè)壁上設(shè)置有出漿孔，所述的左半筒的上端側(cè)壁上設(shè)置有入水口，左半筒和右半筒之間設(shè)置有注漿管，注漿管的圓周壁上設(shè)置有注漿孔，所述的左半筒和右半筒上端設(shè)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(shè)置于右半筒的底部。[0008]所述的注漿平管的另一端設(shè)置有快速接頭。
[0009]所述的密封墊為硅膠密封墊。
[0010]所述的砂筒的材料為有機(jī)玻璃。
[0011]所述的注漿立管上端設(shè)置有堵頭。
[0012]所述的砂筒的外壁上設(shè)置有環(huán)箍。
[0013]所述的快速接頭與注漿平管之間設(shè)置有閥門。[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和效果如下:本發(fā)明分體式砂層高壓注漿模擬試驗(yàn)裝置可實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)模擬向砂層中高壓注漿過程和注漿結(jié)果，可大范圍調(diào)整注漿壓力、漿液濃度、砂子粒徑、砂層密實(shí)度、砂層含泥量等指標(biāo)。注漿壓力可由0.5MPa逐級(jí)調(diào)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(jù)情況調(diào)整砂子的顆粒級(jí)配(分別可試驗(yàn)粗砂、細(xì)砂、粉細(xì)砂等工況)，可以通過改變砂層上壓力調(diào)整砂子的密實(shí)度，注漿過程中可以清晰觀察到漿液對(duì)水砂的作用過程。在砂中注入漿液凝結(jié)后，將試驗(yàn)裝置分離，完整突出漿液固化后的注漿砂體，通過逐層解剖注漿凝結(jié)后形成的注漿砂體，精確測(cè)量漿液在不同工況下的運(yùn)移路徑與固化形態(tài)。通過本試驗(yàn)裝置，試驗(yàn)在不同注漿壓力、漿液濃度、砂粒級(jí)配、砂層密實(shí)度、砂層含泥量等指標(biāo)下的注漿改造砂層性質(zhì)效果，可分析得出利用井下高壓注漿改造富水砂層特性預(yù)防突水潰砂災(zāi)害的原理，并可利用試驗(yàn)結(jié)果對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使富水砂層井下高壓注漿技術(shù)在保證效果的同時(shí)更具有廣泛適用性。
[0015]四、【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明試驗(yàn)裝置立面透視圖；
圖2為本發(fā)明試驗(yàn)裝置俯視圖；
圖3為本發(fā)明試驗(yàn)裝置水槽透視圖；
附圖標(biāo)記:1 一砂筒壁，2—砂倉(cāng)，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，10一注衆(zhòng)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(shí)施方式】:
下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:
參見圖1和圖2:本發(fā)明中整體外觀為圓形，砂筒利用透明有機(jī)透明玻璃制作，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(gè)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，相拼接縫處夾硅膠密封墊13，砂筒外環(huán)箍箍緊，砂倉(cāng)2裝砂，砂子的高于入水口 8，將加壓蓋板9放置于砂層頂，通過加壓蓋板9豎向加壓，利用特種膠將加壓蓋板9于砂筒壁I密封。在加壓蓋板9上加壓可通過三種方式實(shí)現(xiàn)，一是在蓋板上配置相應(yīng)壓力要求的配重鋼塊；二是直接將整個(gè)試驗(yàn)裝置放置于大型萬能壓力機(jī)上，根據(jù)計(jì)算要求施加并保持壓力；三是在試驗(yàn)裝置上配置反力裝置，通過壓力盒讀取數(shù)據(jù)來調(diào)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(shè)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，飽和完成后通過加壓蓋板加壓，調(diào)節(jié)砂子的密實(shí)度，達(dá)到設(shè)定壓力后穩(wěn)壓，并加壓蓋板與筒壁密封，通過水槽向砂筒中補(bǔ)水。然后通過快速接頭接入注漿設(shè)備，進(jìn)行高壓注漿，漿液通過注漿立管上的注漿孔進(jìn)入砂中，并可通過砂筒壁上的出漿孔流出試驗(yàn)裝置。漿液由注漿孔進(jìn)入砂層，穿過砂層一定長(zhǎng)度，待注入的漿液凝結(jié)后，可將試驗(yàn)裝置拆開，解剖注漿體可完整觀察和測(cè)定到漿液在砂層中的存在狀態(tài)。漿液在裝置中遷移的軌跡以及固化后的形態(tài)便是高壓注漿的物理效果，并可據(jù)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(biāo)，可進(jìn)行多種情況下的砂層高壓注漿試驗(yàn)。
[0018]使用時(shí)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，并在注漿立管3上端擰上堵頭。然后將裝置右半筒14和左半筒15拼合，并在左右半桶拼接縫13處夾入硅膠密封墊，筒外使用多道環(huán)箍箍緊，然后向砂倉(cāng)2內(nèi)裝入砂子，砂子的高度高過入水口 8，加水預(yù)飽和。將加壓蓋板9放置于砂層頂，通過加壓蓋板9豎向加壓，待壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值后穩(wěn)壓，利用特種膠將加壓蓋板9于砂筒壁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，并置于比砂筒高的位置，待一定時(shí)間后，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(yàn)，注漿試驗(yàn)結(jié)束待注漿材料完全凝結(jié)，松開環(huán)箍，將左半筒取下，可以開始解剖注漿體。
【權(quán)利要求】
1.一種分體式砂層高壓注漿模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括砂筒和水槽(16)，其特征在于: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(shè)置有密封墊(13)，左半筒(15)和右半筒(14)的側(cè)壁上設(shè)置有出漿孔(7)，所述的左半筒(15)的上端側(cè)壁上設(shè)置有入水口(8)，左半筒(15)和右半筒(14)之間設(shè)置有注漿管，注漿管的圓周壁上設(shè)置有注漿孔(6)，所述的左半筒(15)和右半筒(14)上端設(shè)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(jù)權(quán)利要求1所述的分體式砂層高壓注漿模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于: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(shè)置于右半筒(14)的底部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分體式砂層高壓注漿模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的注漿平管(4)的另一端設(shè)置有快速接頭(12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分體式砂層高壓注漿模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的密封墊(13)為娃膠密封墊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分體式砂層高壓注漿模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的砂筒的材料為有機(jī)玻璃。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的分體式砂層高壓注漿模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的注漿立管(3)上端設(shè)置有堵頭。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分體式砂層高壓注漿模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的砂筒的外壁上設(shè)置有環(huán)箍。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的分體式砂層高壓注漿模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的快速接頭(12 )與注漿平管(4 )之間設(shè)置有閥門(11)。
【文檔編號(hào)】G01N33/00GK103630654SQ201310613948
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】吳璋, 徐拴海, 王曉東, 許剛剛 申請(qǐng)人:中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司