[发明专利]一种旋喷固化封孔模拟试验平台及试验方法

说明书

一种旋喷固化封孔模拟试验平台及试验方法，主要由煤/岩体固定台、旋喷钻机、高压注浆泵、浆液搅拌设备、密封效果考察设备等组成。经过筛选的煤(岩)粉、水及其他配料均匀混合后倒入煤/岩体固定台。当试块凝固成型后，利用旋喷钻机在试块中施工一钻孔，在钻杆回撤的过程中，一边提拉一边旋喷密封浆液，均匀的喷抹在钻孔内壁并形成密封层，浆液渗入周边的裂/孔隙中并固化，且隔绝了钻孔与周边的裂/孔隙的连通。为了获得最佳的密封效果，需要调整设备参数及浆液的配比并进行反复的实验。最后利用特制的考察设备对其进行效果检验，检验的结果对提拉速度、旋转速度、旋喷压力、旋喷流量和浆液的配比的选择有着重要的现实意义。

技术领域

本发明涉及一种试验平台及试验方法，尤其是一种适用于煤矿井下瓦斯抽采钻孔封孔的旋喷固化封孔模拟试验平台及试验方法。

背景技术

对于瓦斯抽采钻孔封孔的研究有很多方式，如理论分析、数值模拟等，而试验方法也是一种非常重要的科学方法， 对于高瓦斯或突出矿井，必须先进行瓦斯抽采，即通过打钻，利用钻孔将煤层或采空区内的瓦斯抽出。针对目前封孔技术的不足，需要进行技术创新，而目前进行的瓦斯抽采钻孔密封性能的考察基本上都在井下进行，由于井下条件的限制导致很多试验不能保质保量的完成。现有的地面钻孔密封试验，只是在密封一个类似于钻孔的管道，与实际打钻后形成有大量裂隙的钻孔区别较大，目前并没有一种专门用于模拟瓦斯抽采钻孔密封实验的装置及方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋喷固化封孔模拟试验平台及试验方法，通过在煤/岩体试块上模拟钻孔、旋喷、加压等措施，考察封孔材料与煤/岩体粘结情况及渗透性能，在对密封性能的考察同时，对试块的强度进行测试，对钻孔密封后的稳定性进行考察。

本发明的旋喷固化封孔模拟试验平台，包括煤/岩体固定台、旋喷钻机、高压注浆泵、浆液搅拌设备和密封效果考察设备；所述的煤/岩体固定台设在旋喷钻机的前部，所述的高压注浆泵与浆液搅拌设备相连设在旋喷钻机的后部；

所述的旋喷钻机包括支撑架、设在支撑架上的主机，主机的前部设有钻杆，钻杆头部设有钻头和喷嘴，主机的后部设有与高压注浆泵管线相连的分流器，主机一侧设有钻进及提拉速度操作杆和旋转速度操纵杆；

所述的浆液搅拌设备包括搅拌桶和设在搅拌桶内的搅拌器；

所述的密封效果考察设备包括孔口管、设在孔口管端面的圆形铁板，圆形铁板上设有穿过圆形铁板的铁管，铁管经真空泵胶管连接有真空泵，真空泵的出口管路上依次设有流量计和压力表。

所述的煤/岩体固定台包括支架和设在支架上的箱体，箱体由六块均可独立拆装的固定板构成，板与板之间采用螺栓螺母连接固定。

本发明的旋喷固化封孔模拟试验平台的试验方法，包括如下步骤：

a.打开煤/岩体固定台的盖板，将经过筛选的煤/岩粉、水及粘结胶均匀混合后倒入煤/岩体固定台中，关闭盖板并拧紧板与板之间的螺母，使混合物凝固成型构成煤/岩体试块；

b.当试块凝固成型后，打开煤/岩体固定台与旋喷钻机相对一侧的挡板，利用旋喷钻机在试块中施工一钻孔,在钻杆回撤的过程中，通过钻杆上的喷嘴旋喷出密封浆液，均匀的喷抹在钻孔内壁并形成密封层，浆液渗入周边的裂/孔隙中并固化，隔绝了钻孔与周边的裂/孔隙的连通；

c.用密封胶将孔口管固定在钻孔端口，打开真空泵进行抽气直到压力表负压示数稳定后，停止抽气，之后每隔两分钟记录压力表的示数，直到压力表再一次稳定下来，由此得到钻孔内负压变化情况，并绘制成负压P随着时间t变化的曲线；

d. 通过压力试验机对试块进行加压，直至试块被破坏，记录测试过程中的抗压强度，在被破坏的试块中选取钻孔壁面处大小约为1cm³的样品，进行扫描电镜分析；