專利名稱：煤巖體注漿加固試驗(yàn)臺(tái)及試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦開采技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及ー種煤巖體注漿加固試驗(yàn)臺(tái)及試驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
破碎煤巖體在煤礦及其它礦山分布非常廣泛。一方面，在節(jié)理、層理、裂隙等結(jié)構(gòu)面非常發(fā)育的破碎煤巖體中開掘巷道，圍巖自穩(wěn)時(shí)間短、破碎范圍大、變形強(qiáng)烈。采用錨桿與錨索支護(hù)、棚式支架等支護(hù)方式，很難有效控制圍巖變形。此外，對(duì)于高地應(yīng)力、受強(qiáng)烈采動(dòng)影響的巷道，掘巷后圍巖會(huì)產(chǎn)生明顯離層、滑動(dòng)，原生裂隙張開，井出現(xiàn)新的裂紋，導(dǎo)致圍巖松散、破碎，破壞范圍大，變形劇烈。對(duì)這類巷道進(jìn)行二次加固或維修時(shí)，采用錨桿與錨索支護(hù)、棚式支架等也很難取得較好的支護(hù)效果。對(duì)于上述破碎煤巖體條件，注漿加固是解決 巷道支護(hù)問題的有效途徑。注漿加固是利用漿液充填圍巖內(nèi)的裂隙，將破碎煤巖體固結(jié)起來，改善圍巖結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，提高圍巖整體強(qiáng)度，從而增加圍巖自身承載能力，保持圍巖穩(wěn)定。影響注漿加固效果的因素很多，包括注漿材料，注漿孔的布置參數(shù)(鉆孔直徑、長(zhǎng)度、角度、間排距等)，注漿施工參數(shù)(注漿時(shí)間、注漿壓力、注漿量、漿液擴(kuò)散半徑等)。研究不同煤巖體條件下注漿加固影響因素及加固效果，對(duì)深化注漿加固機(jī)理研究，提高注漿加固工程質(zhì)量，保證工程安全具有重要意義。目前，研究煤巖體注漿加固效果的方法主要有兩大類井下試驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。井下試驗(yàn)包括鉆孔取巖心，通過注漿前后的取心率評(píng)價(jià)注漿效果；采用鉆孔窺視儀，觀察注漿對(duì)節(jié)理、層理、裂隙及裂紋等結(jié)構(gòu)面的充填和粘結(jié)情況；采用彈性波法，通過注漿前后圍巖波速比較的方法，確定注漿擴(kuò)散范圍與效果；采用地質(zhì)雷達(dá)等物探方法定性評(píng)價(jià)注漿效果。井下試驗(yàn)方法的最大優(yōu)點(diǎn)是獲得的數(shù)據(jù)均為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，能夠真實(shí)反映井下煤巖體注漿狀況。其缺點(diǎn)為采用取巖心與鉆孔窺視方法只能得到鉆孔附近的信息，代表性較差；采用弾性波、地質(zhì)雷達(dá)等方法只能定性評(píng)價(jià)注漿效果，無法獲得定量力學(xué)參數(shù)；由于井下特殊的環(huán)境，ー些先進(jìn)監(jiān)測(cè)方法與儀器的應(yīng)用受到很大限制。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)主要包括對(duì)井下取出的巖心進(jìn)行物理力學(xué)試驗(yàn)，對(duì)井下取出的煤巖塊注漿固結(jié)后做成試件進(jìn)行各種力學(xué)試驗(yàn)，以及相似材料模型試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室模型試驗(yàn)的突出優(yōu)點(diǎn)是可模擬不同圍巖條件與注漿方案，進(jìn)行多方案比較，經(jīng)濟(jì)、快速。其缺點(diǎn)主要表現(xiàn)為由于煤巖體的復(fù)雜性與多變性，模型試驗(yàn)很難做到各方面都與井下的煤巖體相似，在模擬注漿加固時(shí)，由于試驗(yàn)設(shè)備的限制，其模型太小，不能真實(shí)模型漿液在煤巖體中的流動(dòng)與擴(kuò)散，嚴(yán)重影響了模型試驗(yàn)的效果與可信度。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提高煤巖體注漿加固試驗(yàn)的真實(shí)性和可靠性。( ニ )技術(shù)方案
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種煤巖體注漿加固裝試驗(yàn)臺(tái)，包括框架、煤巖體、注漿泵、加載油缸和液壓控制系統(tǒng)，所述煤巖體安裝在所述框架的內(nèi)部，所述注漿泵位于框架的外部，并通過注漿管與煤巖體連接，所述加載油缸固定安裝在框架上并位于煤巖體的上方，所述加載油缸在所述液壓控制系統(tǒng)的控制下對(duì)所述煤巖體進(jìn)行加載，所述煤巖體中安裝有壓カ傳感器，所述壓カ傳感器與框架外部的壓カ傳感器接收儀連接。其中，所述煤巖體內(nèi)設(shè)有透明管，所述透明管在框架的側(cè)板上設(shè)有觀察孔。其中，所述透明管內(nèi)安裝有窺視探頭，所述窺視探頭與框架外部的全景窺視接收儀相連接。其中，所述加載油缸設(shè)置為均勻分布在煤巖體上方的多個(gè)。其中，所述框架包括前側(cè)板、后側(cè)板、左側(cè)板、右側(cè)板、立柱、前底座、后底座、底板和橫梁，所述前底座和后底座分別安裝在所述底板的前、后方，所述前側(cè)板固定在前底座上并采用立柱加固，所述后側(cè)板固定在后底座上并采用立柱加固，所述左側(cè)板和右側(cè)板分別固定安裝在所述底板的左、右兩側(cè)，所述橫梁固定在所述立柱的頂部，所述加載油缸呈倒立狀，其底部固定安裝在所述橫梁上。其中，所述加載油缸對(duì)煤巖體的垂直方向最大的加載載荷為12000_15000kN。本發(fā)明還提供ー種如上述的煤巖體注漿加固試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)方法，其特征在于，在框架內(nèi)填充煤巖體，預(yù)測(cè)量實(shí)際煤巖體的應(yīng)カ分布情況，通過液壓控制系統(tǒng)控制加載油缸為煤巖體進(jìn)行加載，同時(shí)根據(jù)壓カ傳感器和壓カ傳感器接收儀監(jiān)測(cè)煤巖體的應(yīng)カ變化，當(dāng)與實(shí)際煤巖體的應(yīng)カ分布情況一致時(shí)，開啟注衆(zhòng)泵對(duì)煤巖體進(jìn)行注衆(zhòng)加固。(三)有益效果上述技術(shù)方案提供的一種煤巖體注漿加固試驗(yàn)臺(tái)及試驗(yàn)方法，本發(fā)明通過液壓控制系統(tǒng)對(duì)加載油缸進(jìn)行加載以調(diào)節(jié)煤巖體的應(yīng)カ大小，使得煤巖體接近或等同實(shí)際煤巖體的應(yīng)カ條件后進(jìn)行注漿，同時(shí)采用壓カ傳感器接收儀監(jiān)測(cè)煤巖體的應(yīng)カ變化，確保了注漿試驗(yàn)的真實(shí)性和可靠性；本發(fā)明克服了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和以往實(shí)驗(yàn)室小型模擬試驗(yàn)存在的缺點(diǎn)，可以進(jìn)行全模型單孔注漿模擬試驗(yàn)，消除了小尺寸模型對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。


圖I是本發(fā)明一種煤巖體注漿加固裝試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I中A-A向的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I、框架；la、前側(cè)板；lb、橫梁；lc、左側(cè)板；ld、底板；le、立柱；lf、前底座；
2、煤巖體；3、注衆(zhòng)泵；3a、注衆(zhòng)管；3b、注衆(zhòng)孔；4、加載油缸；4a、加載板；5、液壓控制系統(tǒng)；6a、壓カ傳感器；6b、壓カ傳感器接收儀；7a、透明管；7b、觀察孔；7c、窺視探頭；7d、全景窺視接收儀。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)ー步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。如圖I和圖2，圖I為本發(fā)明一種煤巖體注漿加固裝試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中為半剖視圖，圖2為圖I中A-A向的半剖視圖，該試驗(yàn)臺(tái)包括框架I、煤巖體2、注漿泵3、加載油缸4和液壓控制系統(tǒng)5，煤巖體2安裝在框架I的內(nèi)部，注漿泵3位于框架I的外部，并通過注漿管3a與煤巖體2連接，加載油缸4固定安裝在框架I上并位于煤巖體2的上方，加載油缸4在液壓控制系統(tǒng)5的控制下對(duì)煤巖體2進(jìn)行加載，煤巖體2中安裝有壓カ傳感器6a，壓カ傳感器6a與框架外部的壓カ傳感器接收儀6b連接。本發(fā)明通過液壓控制系統(tǒng)5對(duì)加載油缸4進(jìn)行加載以調(diào)節(jié)煤巖體2的應(yīng)カ大小，使得煤巖體2接近或等同實(shí)際煤巖體的應(yīng)カ條件后進(jìn)行注漿，同時(shí)采用壓カ傳感器接收儀6b監(jiān)測(cè)煤巖體2的應(yīng)カ變化，確保了注漿試驗(yàn)的真實(shí)性和可靠性；本發(fā)明克服了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和以往實(shí)驗(yàn)室小型模擬試驗(yàn)存在的缺點(diǎn)，可以進(jìn)行全模型單孔注漿模擬試驗(yàn)，消除了小尺寸模型對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。為了使得加載油缸4對(duì)煤巖體的加載均勻,煤巖體2的上表面設(shè)有加載板4a,加載油缸4通過加載板4a對(duì)煤巖體2進(jìn)行加載。其中，煤巖體2可為實(shí)際煤巖體材料，或者為模擬煤巖體材料；本實(shí)施例可根據(jù)煤巖體的尺寸，加載油缸可設(shè)置為均勻分布在煤巖體上方的多個(gè)；加載油缸4對(duì)煤巖體2的垂直方向最大的加載載荷為12000-15000kN。本實(shí)施例的煤巖體2的規(guī)格較大，其注漿深度與實(shí)際煤巖體的注漿深度相近，煤巖體2可設(shè)計(jì)為寬度為4000mm，高度為2000mm，厚度為2000mmo為了便于觀察框架I內(nèi)的煤巖體2，本實(shí)施例在煤巖體內(nèi)位于注漿管3a的注漿孔3b 一段距離設(shè)有設(shè)有透明管7a，該透明管7a在框架I的側(cè)板上設(shè)有觀察孔7b，該透明管7a為透明的塑料管。為了全面觀察框架內(nèi)煤巖體內(nèi)漿液的流動(dòng)與擴(kuò)散情況，本實(shí)施例在透明管7a內(nèi)安裝有窺視探頭7c，該窺視探頭7c與框架外部的全景窺視接收儀7d相連接。為了能夠全面觀察注漿漿液在煤巖體裂隙內(nèi)的流動(dòng)與擴(kuò)散的真實(shí)狀況，對(duì)注漿過程引起的圍巖應(yīng)力變化等力學(xué)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)煤巖體2的尺寸大小，可設(shè)置多個(gè)透明管7a和多個(gè)壓カ傳感器6a ;且使用的壓カ傳感器6a不受煤礦防爆要求等條件限制。為了便于裝入大規(guī)格的煤巖體2，并保證框架I的牢固，本實(shí)施例的框架I包括前側(cè)板la、后側(cè)板、左側(cè)板lc、右側(cè)板、立柱le、前底座If、后底座、底板Id和橫梁lb，前底座If和后底座Ig分別安裝在底板Id的前、后方，前側(cè)板Ia固定在前底座If上并采用立柱Ie加固，后側(cè)板固定在后底座上并采用立柱Ie加固，左側(cè)板Ic和右側(cè)板分別固定安裝在底板Id的左、右兩側(cè)，橫梁Ib固定在立柱Ie的頂部，加載油缸4呈倒立狀，其底部固定安裝在橫梁Ib上。加載油缸4的底部固定在橫梁上以方便加載油缸4伸長(zhǎng)時(shí)對(duì)煤巖體2進(jìn)行加載。本發(fā)明的ー種上述的煤巖體注漿加固試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)方法，在框架I內(nèi)填充煤巖體2，預(yù)測(cè)量實(shí)際煤巖體的應(yīng)カ分布情況，通過液壓控制系統(tǒng)5控制加載油缸4為煤巖體2進(jìn)行加載，同時(shí)根據(jù)壓カ傳感器6a和壓カ傳感器接收儀6b監(jiān)測(cè)煤巖體2的應(yīng)カ變化，當(dāng)與實(shí)際煤巖體的應(yīng)カ分布情況一致或相近時(shí)，開啟注漿泵3對(duì)煤巖體2進(jìn)行注漿加固。具體的試驗(yàn)注衆(zhòng)加固過程為選擇一大規(guī)格的煤巖體2,將煤巖體2放置在底板Id上，將左、右側(cè)板和前、后底座安裝固定，將前、后側(cè)板分別固定安裝在前、后底座上，然后安裝立柱le、橫梁lb、加載油缸4、窺視探頭7c和壓カ傳感器6a,將加載油缸4與液壓控制系統(tǒng)5連接，將窺視探頭7c與全景窺視接收儀7d連接，將壓カ傳感器6a與壓カ傳感器接收儀6b連接，將注漿泵3與煤巖體內(nèi)的注漿管3a連接，根據(jù)預(yù)先測(cè)得的實(shí)際煤巖體的應(yīng)カ分布情況，液壓控制系統(tǒng)5對(duì)加載油缸4供油并調(diào)節(jié)加載油缸4的伸長(zhǎng)量，使得加載油缸4對(duì)煤巖體2進(jìn)行加載，同時(shí)通過壓カ傳感器6a和壓カ傳感器接收儀6b觀察煤巖體的應(yīng)カ變化，使得煤巖體2的應(yīng)カ分布情況與實(shí)際煤巖體相近或一致時(shí),開啟注衆(zhòng)泵3對(duì)煤巖體2進(jìn)行注漿加固，該試驗(yàn)結(jié)果真實(shí)、可靠。在整個(gè)試驗(yàn)過程中，可通過窺視探頭7c和全景窺視接收儀7d全面觀察框架內(nèi)煤巖體內(nèi)漿液的流動(dòng)與擴(kuò)散情況；并在注漿完畢后，在煤巖體2中不同位置鉆取巖心，然后進(jìn)行巖心的力學(xué)性能試驗(yàn)，評(píng)價(jià)效果；注漿后對(duì)煤巖體進(jìn)行剖切，確定注漿擴(kuò)散范圍，全面掲示漿液注入后在煤巖體各方向裂隙內(nèi)的滲透情況，整體評(píng)價(jià)注漿效果。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種煤巖體注衆(zhòng)加固裝試驗(yàn)臺(tái),其特征在于,包括框架、煤巖體、注衆(zhòng)泵、加載油缸和液壓控制系統(tǒng)，所述煤巖體安裝在所述框架的內(nèi)部，所述注漿泵位于框架的外部，并通過注漿管與煤巖體連接，所述加載油缸固定安裝在框架上并位于煤巖體的上方，所述加載油缸在所述液壓控制系統(tǒng)的控制下對(duì)所述煤巖體進(jìn)行加載，所述煤巖體中安裝有壓カ傳感器，所述壓カ傳感器與框架外部的壓カ傳感器接收儀連接。
2.如權(quán)利要求I所述的煤巖體注漿加固試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，所述煤巖體內(nèi)設(shè)有透明管，所述透明管在框架的側(cè)板上設(shè)有觀察孔。
3.如權(quán)利要求2所述的煤巖體注漿加固試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，所述透明管內(nèi)安裝有窺視探頭，所述窺視探頭與框架外部的全景窺視接收儀相連接。
4.如權(quán)利要求I所述的煤巖體注漿加固試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，所述加載油缸設(shè)置為均勻分布在煤巖體上方的多個(gè)。
5.如權(quán)利要求I所述的煤巖體注漿加固試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于，所述框架包括前側(cè)板、后側(cè)板、左側(cè)板、右側(cè)板、立柱、前底座、后底座、底板和橫梁，所述前底座和后底座分別安裝在所述底板的前、后方，所述前側(cè)板固定在前底座上并采用立柱加固，所述后側(cè)板固定在后底座上并采用立柱加固，所述左側(cè)板和右側(cè)板分別固定安裝在所述底板的左、右兩側(cè)，所述橫梁固定在所述立柱的頂部，所述加載油缸呈倒立狀，其底部固定安裝在所述橫梁上。
6.如權(quán)利要求I所述的煤巖體注漿加固試驗(yàn)臺(tái),其特征在于,所述加載油缸對(duì)煤巖體的垂直方向最大的加載載荷為12000-15000kN。
7.—種如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的煤巖體注漿加固試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)方法，其特征在于，在框架內(nèi)填充煤巖體，預(yù)測(cè)量實(shí)際煤巖體的應(yīng)カ分布情況，通過液壓控制系統(tǒng)控制加載油缸為煤巖體進(jìn)行加載，同時(shí)根據(jù)壓カ傳感器和壓カ傳感器接收儀監(jiān)測(cè)煤巖體的應(yīng)カ變化，當(dāng)與實(shí)際煤巖體的應(yīng)カ分布情況一致時(shí)，開啟注漿泵對(duì)煤巖體進(jìn)行注漿加固。
全文摘要
本發(fā)明涉及煤礦開采技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種煤巖體注漿加固試驗(yàn)臺(tái)及試驗(yàn)方法，該試驗(yàn)臺(tái)包括框架、煤巖體、注漿泵、加載油缸和液壓控制系統(tǒng)，所述煤巖體安裝在所述框架的內(nèi)部，所述注漿泵位于框架的外部，并通過注漿管與煤巖體連接，所述加載油缸固定安裝在框架上并位于煤巖體的上方，所述加載油缸在所述液壓控制系統(tǒng)的控制下對(duì)所述煤巖體進(jìn)行加載，所述煤巖體中安裝有壓力傳感器，所述壓力傳感器與框架外部的壓力傳感器接收儀連接。本發(fā)明通過液壓控制系統(tǒng)對(duì)加載油缸進(jìn)行加載以調(diào)節(jié)煤巖體的應(yīng)力大小，使得煤巖體接近或等同實(shí)際煤巖體的應(yīng)力條件后進(jìn)行注漿，同時(shí)采用壓力傳感器接收儀監(jiān)測(cè)煤巖體的應(yīng)力變化，確保注漿試驗(yàn)的真實(shí)性和可靠性。
文檔編號(hào)G01N33/00GK102680647SQ20121011932
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者馮志強(qiáng), 呂華文, 康紅普, 李文洲, 楊景賀, 陳金宇 申請(qǐng)人:天地科技股份有限公司