[发明专利]一种覆岩隔离注浆充填浆液扩散的模拟装置与模拟方法

权利要求书

1.一种覆岩隔离注浆充填浆液扩散的模拟装置，其特征在于：它包括模拟采动模块、注浆单元、浆液泵送及稳流单元、浆液多级搅拌及储浆单元、数据监测及采集单元；

其中注浆单元包括相互匹配的透明有机玻璃腔体(1)和盖板(7)，透明有机玻璃腔体(1)和盖板(7)之间设有用以密封的盖板周围密封垫圈(4)，并通过螺栓紧固密封，具体的，透明有机玻璃腔体(1)顶部的敞口上设有容纳盖板周围密封垫圈(4)的一圈导槽，盖板周围密封垫圈(4)设置在导槽内，透明有机玻璃腔体(1)和盖板(7)在导槽外侧间隔设有一圈螺纹孔(2)，螺纹孔(2)中设有螺栓(6)，螺栓上设有密封垫圈(5)，盖板(7)上沿着中线等间距设有多个注浆孔(3)，并在每个注浆孔(3)内设有相应尺寸的注浆管路，注浆管路端设有与储存式压力表相匹配螺纹；

所述模拟采动模块包括履带(8)、滚轴(9)、底座(10)、遥控电控绞盘(11)、牵引链(12)、滑轮组(13)，所述底座(10)为尺寸与透明有机玻璃腔体(1)匹配的矩形腔体，遥控电控绞盘(11)和滑轮组(13)设置在底座(10)底部，底座(10)上开口处平行设有多个滚轴(9)，履带(8)设置在多个滚轴(9)上，履带(8)通过牵引链(12)与滑轮组(13)相互连接，滑轮组(13)与遥控电控绞盘(11)连接；使用时，底座(10)将整个模拟采动模块固定在透明有机玻璃腔体(1)中，通过控制遥控电控绞盘(11)驱动牵引链(12)带动履带(8)在滚轴(9)上移动，实现履带(8)的水平移动模拟工作面开采并形成采空区的过程；

多级搅拌及储浆单元包括固定支架(14)，固定支架(14)上下分别设有固定支架顶界面(21)和固定支架下界面(20)，固定支架下界面上设有冷却槽(18)，冷却槽(18)内设有制浆桶(17)，制浆桶(17)内设有套管夹(24)，固定支架顶界面(21)上设有伸入制浆桶(17)中的搅拌机(15)，搅拌机(15)线路连接有搅拌机调速箱(16)，冷却槽(18)的侧边下方设有球阀(19)，粉煤灰浆液极在静置状态下极易析水沉积，导致实验中注入浆液浓度差异较大，因此，多级搅拌设备在实验过程中可为配置好的浆液提供持续搅拌工作，实验中，由于灰浆需要分多次配制并导入至制浆桶(17)中，此时为保证新旧浆液浓度一致并防止浆液析水沉积，应通过调整搅拌机调速箱(16)变化搅拌速度，并使得浆液始终处于搅拌状态。

浆液泵送及稳流单元包括蠕动泵(22)，蠕动泵(22)固定在固定支架顶界面(21)上，蠕动泵(22)的进浆口通过管路伸入制浆桶(17)内与套管夹(24)连接固定，蠕动泵(22)的出浆口首先通过三通阀(29)和注浆管路(23)与注浆单元连接，注浆管路(23)上设有储浆器(25)；

数据监测及采集单元包括摄像机(26)、非接触式应变测量相机(27)、多个存储式压力表(28)，其中摄像机(26)设置在正对注浆单元上方的位置，用以拍摄浆液流动的视频信息，所述多个存储式压力表(28)设置在注浆管路(23)和盖板(7)上，用以采集注浆管路(23)和盖板(7)各处的压力，存储式压力表(28)通过数据线接到数据采集器上，采集器中的数据处理软件自动对实验中测得的装置内部压力变化情况进行实时记录并自动生成压力数据曲线；非接触式应变测量相机(27)设置在正对注浆单元的位置，用以监测注浆过程中各个位置的应变情况，所述摄像机(26)、非接触式应变测量相机(27)、多个存储式压力表(28)均通过数据线(31)与数据采集装置(30)相连接。

2.根据权利要求1所述的覆岩隔离注浆充填浆液扩散的模拟装置，其特征在于：在透明有机玻璃腔体(1)内的采动模块上方均匀铺设一层垮落带破碎岩体模拟材料(33)并压平整，然后在垮落带破碎岩体模拟材料(33)与盖板(7)之间铺设一层固流耦合相似材料(32)，静止24h制成；所述模拟垮落带破碎岩体的材料(33)锯末或轻软质泡沫；固流耦合相似材料(32)主体为海绵，海绵上部设有工业滤布整层覆盖，海绵下部粘有防水薄膜胶与海绵同构成与浆液接触的隔离层，隔离层为整层构造，直接铺设在垮落带破碎岩体模拟材料(33)上方，，浆液中析出的水自由透过滤布并存储在海绵中，若海绵达到了极限储水状态不再能够保水，防水薄膜将起到隔水作用，防止水渗透到垮落带碎裂岩体模拟材料(33)中。

3.根据权利要求1所述的覆岩隔离注浆充填浆液扩散的模拟装置，其特征在于：透明有机玻璃腔体(1)四周等间隔设置有垂直于底部的透明刻度。