[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

说明书

本发明公开了一种覆岩隔离注浆充填浆液扩散的模拟装置与模拟方法，适用于工矿研究使用。包括模拟采动模块、注浆单元、浆液多级搅拌及储浆单元、浆液泵送及稳流单元、数据监测及数据采集单元；注浆单元中铺设模拟采动模块并自下而上依次设置模拟垮落带与模拟隔离层的材料。实验方法包括在浆液中加入示踪剂，再现浆液扩散过程；储存式压力表可连续记录各孔的压力值，研究相似模拟材料中吸收水量来确定浆液的泌水特征。非接触式应变测量相机连续拍照可监测模拟垮落带的压实量。可根据研究需要开展单孔、多孔、多孔顺序注浆等不同工况背景下的模拟。

技术领域

本发明涉及一种模拟实验装置与模拟方法，尤其适用于一种煤矿开采中使用的覆岩隔离注浆充填浆液扩散的模拟装置与模拟方法。

背景技术

覆岩隔离注浆充填是煤矿绿色开采技术体系的重要组成部分之一。近年来在解决建筑物下方压煤问题中发挥了重要作用，逐渐成为矿企解决采掘接替难题的重要手段。该方法充分利用岩层移动规律，通过对选定的关键层下离层腔体实施高压注浆充填，从而增大可注空间，使覆岩形成压实承载结构，支撑关键层，进而有效控制地表沉陷，保护地面构筑物。

该技术研究的重点之一是浆液在覆岩裂隙内的扩散规律。由于实际地层的复杂性，现有的原位测试方法无法直观反应浆液在离层内的扩散过程。目前，室内相似模拟实验是研究浆液扩散理论及注浆技术的重要手段，传统的相似模拟实验系统虽然在一定程度上满足了特定工程背景下的模拟需要，但不能适用于浆液在覆岩裂隙内的扩散模拟实验。且主要存在以下不足：

(1)不能精确模拟开采过程离层区的动态发育过程。

(2)模拟系统不具备可视化条件，无法在实验中直观得到浆液扩散特征

(3)不可模拟注浆过程中垮落带破碎岩体动态压实过程。

(4)传统的相似模拟材料由不同配比的砂、石膏、碳酸钙构成，得到的相似材料遇浆或水极易发生崩解，不适用于类似的流-固耦合实验模拟，无法进行注浆条件下的实验。

(5)传统的相似模拟系统在应变监测方面仍使用预先布置测点的方式，由于覆岩裂隙内的扩散模拟实验相似性的需要，对装置密闭性具有极高的要求，因此，无法按照传统方

式进行应变监测。

发明内容

针对上述技术的不足之处，提供一种结构简单，模拟效果真实的覆岩隔离注浆充填浆液扩散的模拟装置与模拟方法。

为实现上述目的，本发明的覆岩隔离注浆充填浆液扩散的模拟装置，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和盖板，透明有机玻璃腔体和盖板之间设有用以密封的盖板周围密封垫圈，并通过螺栓紧固密封，具体的，透明有机玻璃腔体顶部的敞口上设有容纳盖板周围密封垫圈的一圈导槽，盖板周围密封垫圈设置在导槽内，透明有机玻璃腔体和盖板在导槽外侧间隔设有一圈螺纹孔，螺纹孔中设有螺栓，螺栓上设有密封垫圈，盖板上沿着中线等间距设有多个注浆孔，并在每个注浆孔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、滚轴、底座、遥控电控绞盘、牵引链、滑轮组，所述底座为尺寸与透明有机玻璃腔体匹配的矩形腔体，遥控电控绞盘和滑轮组设置在底座底部，底座上开口处平行设有多个滚轴，履带设置在多个滚轴上，履带通过牵引链与滑轮组相互连接，滑轮组与遥控电控绞盘连接；使用时，底座将整个模拟采动模块固定在透明有机玻璃腔体中，通过控制遥控电控绞盘驱动牵引链带动履带在滚轴上移动，实现履带的水平移动模拟工作面开采并形成采空区的过程；