[发明专利]一种承压动水作用下煤层底板多角度倾斜钻孔注浆工艺模拟试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种承压动水作用下煤层底板多角度倾斜钻孔注浆工艺模拟试验装置及方法，所述装置包括试验台架、承压含水层水源施加装置、多角度钻孔与不同孔径裂隙模拟装置和注浆装置，其中：试验台架用于支承多角度钻孔和不同孔径裂隙模拟装置；多角度钻孔与不同孔径裂隙模拟装置按照钻孔角度和裂隙大小分为多组；承压含水层水源施加装置包括恒压水泵、水压调节阀门、开源裂隙和封闭裂隙控制阀和流量计；注浆装置包括注浆机、安全阀、浆液冲洗阀、注浆通道阀门、注浆孔选择开关和免拆卸冲洗阀门。本发明的装置可以实现注浆工艺布置流程模拟、浆液流动至扩散的动态过程模拟、钻孔倾角对浆液扩散影响模拟、沉淀和凝结机理的情景模拟。

技术领域

本发明涉及一种以注浆孔布置工艺为基础的多孔多倾角组合注浆工艺模拟实验装置。

背景技术

煤炭开采过程中，煤层受到底板含水层中承压水的严重威胁，突水系数高，如何防止底板承压水突水是确保工作面安全生产的重要难题。特别是一些水源充足而又难以疏放的含水层，严重影响矿井生产；现场实施的关键往往是选择进行底板注浆工程。目前，注浆扩散半径理论是被行业专家认可的经验公式，并被广泛地应用在矿井注浆工程中。然而更深层次的多个钻孔的注浆工艺和注浆机制仍旧需要研究。比如，虽然按照高标准进行底板注浆加固施工，但是仍会出现工作面出水等异常现象。这给科技研究和现场技术人员带来莫大的困扰。因此注浆技术发展仍然有很大空间。

目前，底板注浆加固工程受到工程人员和科技工作者的重视，研究手段包括理论研究、实验研究和现场试验。其中，在模型试验方面，我国学者开展了大量的研究工作，但也存在明显的弱点。现有模型试验的技术研究方向多集中在底板岩体的裂隙形态模拟、浆液扩散半径与形态分析、试验台或试验装置研究的三维化和大型化，成本非常高；然而关于底板注浆钻孔，特别是多个注浆孔的工艺布置、钻孔倾角对注浆的影响、以及钻孔与裂隙耦合注浆的模拟实验装置较少，几乎空白。主要原因是在实验中存在两个难题很难被解决：高水压施加时密封困难、高压水流和高压浆液在相似材料中扩展难以控制。以往对于承压水作用下钻孔倾角布置对注浆的影响过程模拟装置鲜有涉及，而注浆工程中长钻孔的长度很大、数量很多，具有不可忽视的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种承压动水作用下煤层底板多角度倾斜钻孔注浆工艺模拟试验装置及方法，用于模拟矿井底板承压动水作用下多角度倾斜钻孔注浆工艺流程，观察在真实注浆工艺条件下的浆液流动、扩散与沉淀凝固堵水机制，以及注浆过程中的浆液与水流相互作用发生对流、同向流时流体作用规律。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种承压动水作用下煤层底板多角度倾斜钻孔注浆工艺模拟试验装置，包括试验台架、承压含水层水源施加装置、多角度钻孔与不同孔径裂隙模拟装置和注浆装置，其中：

所述试验台架用于支承多角度钻孔和不同孔径裂隙模拟装置；

所述多角度钻孔与不同孔径裂隙模拟装置按照钻孔角度和裂隙大小分为多组，为多组管状构件的组合结构，每组管状构件包括用于模拟裂隙的有机玻璃管A和用于模拟钻孔的有机玻璃管B；

所述承压含水层水源施加装置包括恒压水泵、水压调节阀门、开源裂隙和封闭裂隙控制阀和流量计；

所述注浆装置包括注浆机、安全阀（注浆机保护阀）、浆液冲洗阀、注浆通道阀门、注浆孔选择开关和免拆卸冲洗阀门；

所述有机玻璃管A的一端与有机玻璃管B的一端通过弯头连接，有机玻璃管A的另一端通过水源管道与恒压水泵连接；

所述有机玻璃管A与恒压水泵之间的水源管道上依次安装有免拆卸冲洗阀门、封闭裂隙控制阀、水压调节阀门和开源裂隙控制阀；

所述开源裂隙控制阀和封闭裂隙控制阀之间的水源管道上设置有分管路，所述分管路上安装有水压调节阀，水压调节阀经管道与流量计连接；

所述有机玻璃管B的另一端通过弯头经管道与注浆通道阀门连接；