一種礦井注漿堵水材料性能測試裝置及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及礦井堵水材料性能測試領(lǐng)域技術(shù)，尤其是指一種礦井注漿堵水材料性能測試裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]礦井水害是威脅煤礦安全生產(chǎn)的主要隱患之一，也是制約許多礦區(qū)生產(chǎn)活動和可持續(xù)發(fā)展的重要因素。目前，隨著開采深度加大，礦井涌水量不斷增加，破碎巖層體中的節(jié)理、裂隙等不連續(xù)面正好是導(dǎo)水通道，造成煤巖體內(nèi)涌水量大，給煤礦井下安全帶來嚴(yán)重威脅。
[0003]注漿堵水是防治礦井水害，保證安全采掘的有效措施之一。目前檢測堵水材料性能常用的做法是利用伺服壓力機檢測材料的力學(xué)性能、利用粘度計檢測其粘度、利用水平垂直燃燒測定儀檢測其阻燃性能等。這些方法簡便易行，而這些方法的檢測結(jié)果不能完全反映現(xiàn)場應(yīng)用的實際效果，只能反映材料本身的性能，不能夠具體反映出堵水材料實際的堵水效果。
[0004]鑒于此，本發(fā)明人為此研制出一種礦井注漿堵水材料性能測試裝置及其使用方法，有效的解決了上述問題，本案由此產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供的一種礦井注漿堵水材料性能測試裝置及其使用方法，通過該裝置能夠模擬不同滲透性條件下的突水條件，得到堵水材料的真實堵水性能，進(jìn)而為煤礦現(xiàn)場在選用堵水材料和施工條件，提供可靠依據(jù)。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種礦井注漿堵水材料性能測試裝置及其使用方法，包括震實臺、測試筒、注漿栗、水栗和加壓系統(tǒng)，測試筒固定安裝在震實臺上，測試筒內(nèi)的底部安裝有固定多孔板，測試筒內(nèi)的頂部安裝有活動多孔板，測試筒在位于固定多孔板和活動多孔板之間的區(qū)域為材料填充區(qū)，活動多孔板和加壓系統(tǒng)連接，通過加壓系統(tǒng)推動活動多孔板移動進(jìn)行軸向加壓，材料填充區(qū)的側(cè)壁分別連通安裝有自上往下的若干注漿管和自上往下的若干測壓管，注漿管和注漿栗相連，測壓管上安裝有水壓力表，水栗通過注水管和測試筒底部連通，測試筒的頂部安裝有出水管，注漿管、測壓管、注水管和出水管上都安裝有閥門。
[0007]所述若干測壓管和若干注漿管分別等距安裝在測試筒的兩側(cè)，測壓管和注漿管位置相錯開安裝，且每個注漿管均位于兩測壓管的中間。
[0008]所述測試筒內(nèi)涂覆一層厚度為3-5_的石蠟。
[0009]所述出水管位于其閥門和測試筒之間的一段還和真空管連通，真空管上安裝有真空表和真空表閥門，真空管和真空栗連接。
[0010]所述測試筒具有上端蓋，加壓系統(tǒng)具有加壓桿，上端蓋開設(shè)供加壓桿穿入的通孔，加壓桿穿過該通孔后和活動多孔板連接;所述注水管和出水管上安裝有流量計;所述測試筒由鋼管制成。
[0011]所述加壓系統(tǒng)包括液壓控制系統(tǒng)、液壓管、液壓裝置和加壓桿，液壓控制系統(tǒng)通過液壓管和液壓裝置相連，加壓桿安裝在液壓裝置上，通過液壓裝置帶動加壓桿上下移動。
[0012]—種礦井注漿堵水材料性能測試裝置的使用方法，步驟如下:
(1)裝料:將碎石顆粒按照自然級配放入測試筒內(nèi)；
(2)設(shè)備安裝；
(3)施加壓力:利用加壓系統(tǒng)對測試筒內(nèi)的碎石塊加一個壓力，并保持此壓力值；
(4)測試滲透性系數(shù):打開注水管、出水管、測壓管上的閥門，保證注漿管上的閥門處于關(guān)閉狀態(tài);打開注水栗，流量調(diào)節(jié)至合適大小，待流量穩(wěn)定后，讀取水壓力表上的示數(shù)，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，并根據(jù)達(dá)西公式計算碎石塊的滲透性系數(shù)；
(5)記錄注漿壓力:保持水栗的流量不變，打開注漿管上的閥門，利用注漿栗將堵水材料注入測試筒內(nèi)的碎石中，直到出水管上無水流出，記錄此時注漿壓力；
(6)整理設(shè)備:關(guān)閉注水栗，將測試筒拆下，將測試筒內(nèi)的碎石塊和堵水材料的結(jié)合體取出，觀察注漿擴散半徑，記錄此擴散半徑值，并清理設(shè)備；
(7)重復(fù)試驗:重復(fù)步驟I?6，其中在步驟3中，每次試驗依次逐步提高加壓系統(tǒng)的壓力值，然后記錄步驟I?6中的數(shù)據(jù)，直至碎石塊的滲透性系數(shù)不再發(fā)生變化時，停止試驗。
[0013]所述碎石為粒徑小于5cm的不同大小的碎石，并在步驟(I)裝碎石之前，在測試筒內(nèi)均勻涂一層3~5_的石蠟，在步驟(6)時，先對測試筒進(jìn)行加熱至石蠟融化，然后再取出碎石塊和堵水材料的結(jié)合體。
[0014]所述設(shè)備安裝過程為:把測試筒安裝到震實臺上，并將注漿管、出水管、測壓管安裝到測試筒上，利用震實臺把碎石震實;加壓桿穿過上端蓋通孔后，將加壓桿與活動多孔板相連，通過液壓控制系統(tǒng)將活動多孔板壓入測試筒內(nèi)，再把上端蓋連接到測試筒上，將水壓力表與測壓管相連，水栗與注水管相連，注漿栗與注漿管相連。
[0015]所述第(2)步和第(3)步之間還具有檢測整個測試裝置氣密性的步驟，該步驟的過程為:關(guān)閉除真空表閥門以外的所有閥門，將真空栗與真空管相連，待真空表示數(shù)顯示-
0.1MPa時，關(guān)閉真空栗;經(jīng)過Ih后，若真空表示數(shù)沒有變化，說明系統(tǒng)的氣密性良好，否則進(jìn)行相關(guān)檢查，并進(jìn)行加固密封;并且在之后的步驟中需保持真空表閥門關(guān)閉。
[0016]采用上述方案后，本發(fā)明在材料填充區(qū)內(nèi)填充碎石塊，震實后，然后通過加壓系統(tǒng)推動加壓板給碎石塊一軸向壓力，來模擬實際環(huán)境下的破碎巖層。在通過注水系統(tǒng)向材料填充區(qū)注水，來模擬實際環(huán)境下的礦井水，通過自上往下布置的若干測壓管，來檢測水力坡度變化，進(jìn)而根據(jù)達(dá)西定律計算碎石塊的滲透系數(shù)。然后向材料填充區(qū)注入堵水材料，直至測壓管上水壓力表的示數(shù)為零，從而可以得到在該滲透系數(shù)的礦層下，注入堵水材料所需的注漿壓力值，最后取出測試筒內(nèi)的試驗材料，記錄下注漿擴散半徑。
[0017]通過改變加載的軸向壓力即可模擬不同滲透條件下的突水條件，通過多次試驗可以建立滲透性系數(shù)、注漿壓力和注漿擴散半徑的關(guān)系式，進(jìn)而為煤礦現(xiàn)場在選用堵水材料和施工條件時，提供可靠依據(jù)。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實施例出水管和真空管的俯視圖。
[0019]標(biāo)號說明
震實臺I，測試筒2，固定多孔板21，活動多孔板22，材料填充區(qū)23，上端蓋24，通孔241，注漿栗3，注漿管31，水栗4，注水管41，加壓系統(tǒng)5，液壓控制系統(tǒng)51，液壓管52，液壓裝置53，加壓桿54，出水管6，測壓管7，水壓力表71，閥門8，真空管9，真空表91，真空表閥門92，真空栗93，流量計10。
【具體實施方式】
[0020]為了進(jìn)一步解釋本發(fā)明的技術(shù)方案，下面通過具體實施例來對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。
[0021]如圖1所示，是本發(fā)明揭示的一種礦井注漿堵水材料性能測試裝置包括震實臺1、測試筒2、注漿栗3、水栗4和加壓系統(tǒng)5。
[0022]測試筒2由鋼管制成，并固定安裝在震實臺I上，測試筒2內(nèi)的底部安裝有固定多孔板21，測試筒2內(nèi)的頂部安裝有活動多孔板22。測試筒2在位于固定多孔板21和活動多孔板22之間的區(qū)域為材料填充區(qū)23。
[0023]固定多孔板21用于支撐碎石用，且多孔的結(jié)構(gòu)又能夠保證水流能夠進(jìn)入。水栗4通過注水管41和測試筒2底部連通，用于向材料填充區(qū)23注入試驗水流，以模擬地下水，注水管41上安裝有流量計10，流量計10用于顯示水流量。測試筒2的頂部安裝有出水管6。
[0024]活動多孔板22和加壓系統(tǒng)5連接，通過加壓系統(tǒng)5推動活動多孔板22移動進(jìn)行軸向加壓。同樣的活動多孔板22多孔的結(jié)構(gòu)又能夠保證水流能夠流出。
[0025]加壓系統(tǒng)5包括液壓控制系統(tǒng)51、液壓管52、液壓裝置53和加壓桿54，液壓控制系統(tǒng)51通過液壓管52和液壓裝置53相連，加壓桿54安裝在液壓裝置53上，通過液壓裝置53帶動加壓桿54上下移動進(jìn)行加壓或撤壓。
[0026]其中測試筒2具有上端蓋24，上端蓋24開設(shè)供加壓桿54穿入的通孔241，加壓桿54穿過該通孔241后和活動多孔板22連接。
[0027]上述材料填充區(qū)23的側(cè)壁分別連通安裝有自上往下的若干注漿管31和自上往下的若干測壓管7。注漿管31和注漿栗3相連，用于向材料填充區(qū)23內(nèi)注入堵水材料，并讀取注漿栗3上的注漿壓力值。測壓管7上安裝有水壓力表71，用于測量材料填充區(qū)23在位于該測壓管7處的水壓值，水壓力表71可采用常用的U型壓力計。
[0028]為了使得到的數(shù)據(jù)分布更加合理，特將測壓管7和注漿管31進(jìn)行下述合理的布置。若干測壓管7和若干注漿管31分別安裝在測試筒2的兩側(cè)，若干測壓管7之間等距，若干注漿管31之間等距，并將測壓管7和注漿管31位置相錯開安裝，且每個注漿管31均位于兩測壓管7的中間。
[0029]其中在注漿管31、測壓管7、注水管41和出水管6上都安裝有閥門8。
[0030]試驗