[发明专利]一种深埋地层高压注浆模拟试验装置及试验方法

说明书

技术领域

本发明属于地层注浆技术领域，具体而言，本发明涉及一种深埋地层高压注浆模拟试验装置及试验方法。

背景技术

在矿山井筒施工中，采用地面预注浆技术可以大幅度降低井筒涌水量、改善凿井条件和加快施工速度；同时，可对不稳定地层进行注浆加固，确保围岩稳定。随着新建井筒穿过地层深度的不断加大，围岩承受的地应力和水压力也越来越大，地层的裂隙特征也发生了变化，特别是微孔隙发育，注浆浆液渗透性差，难以形成防治水帷幕，严重地影响了建井工期，增加了施工难度和工程造价。

由于深埋地层处于高地应力、高水压状态，注浆施工难度大，注浆压力、浆液扩散半径与岩石渗透系数及裂隙率的关系缺乏研究资料和工程实践经验，给井筒地面预注浆设计和施工带来难题。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种深埋地层高压注浆模拟试验装置，系统地进行深部地层的地面预注浆可注性、渗流规律、压力衰减和注浆效果的研究，并提出了相应的试验方法，其技术方案如下：

一种深埋地层高压注浆模拟试验装置，其包括高压罐，用于容纳模拟深埋地层；压力机，用于向所述高压罐内的所述模拟深埋地层施加竖向地应力；高压注浆泵，通过高压管路与所述高压罐相连通，用于向所述高压罐内施加压力水并注浆；排浆管，与所述高压罐相连通；和传感器，置于所述模拟深埋地层中，用于实时监测注浆压力的传递变化规律和浆液扩散情况。

如上述的深埋地层高压注浆模拟试验装置，进一步优选为：所述高压管路为高压软管。

如上述的深埋地层高压注浆模拟试验装置，进一步优选为：还包括单向阀，所述单向阀安装在所述高压管路上，用于控制压力水由所述高压注浆泵向所述高压罐内注入，以模拟深埋地层中的承压水。

如上述的深埋地层高压注浆模拟试验装置，进一步优选为：所述高压罐包括油缸套，所述油缸套的上端为开口设置，所述油缸套的下端设有穿插口；油缸活塞，所述油缸活塞的活塞杆部穿过所述油缸套的穿插口；和顶盖，安装在所述油缸套的上端位置。

如上述的深埋地层高压注浆模拟试验装置，进一步优选为：所述油缸套的外径为500mm，所述油缸套的内径为400mm，所述油缸套的高度为1000mm。

如上述的深埋地层高压注浆模拟试验装置，进一步优选为：所述顶盖为采用20mm厚度的钢板加工而成，与所述油缸套采用螺栓连接。

如上述的深埋地层高压注浆模拟试验装置，进一步优选为：所述油缸套为厚壁圆筒结构，采用铸造工艺加工而成；优选地，所述油缸套采用20mm厚度的铸钢材料铸造而成，可承受60MPa的注浆压力。

如上述的深埋地层高压注浆模拟试验装置，进一步优选为：所述排浆管为高压钢管；所述排浆管的出浆口为竖直向下设置。

如上述的深埋地层高压注浆模拟试验装置，进一步优选为：还包括：

溢流阀，设置在所述排浆管上，用于溢出浆液；优选地，还包括过滤装置，设置在所述排浆管上，用于过滤掉从所述高压罐内溢出的浆液中的水泥颗粒；再优选地，所述过滤装置设置在所述溢流阀的前端位置。

一种如上述的深埋地层高压注浆模拟试验装置的试验方法，其步骤包括：

步骤一、将深埋地层的模拟材料装入所述高压罐内，在所述高压罐内形成所述模拟深埋地层；

步骤二、将所述高压罐吊放到所述压力机内；

步骤三、通过所述压力机对所述高压罐施加竖向荷载；

步骤四、通过所述高压注浆泵向所述模拟深埋地层中注入压力水，以模拟裂隙承压水；继续调整所述压力机的压力值，以精确所述模拟深埋地层的地压值；

步骤五、调整好地压值后，采用所述高压注浆泵向所述高压罐的所述模拟深埋地层注入水泥浆；在注浆过程中，通过埋入在所述模拟深埋地层中的所述传感器实时监测注浆压力的传递变化规律和浆液扩散情况；

步骤六、当注浆压力高于设计值时，通过所述溢流阀自动溢出多余浆液、保证注浆压力稳定在设计值；

步骤七、注浆结束后，当浆液达到设计养护期后，打开所述高压罐，获取注浆结实体，进行其微观研究和强度试验，以分析评价其注浆效果。

分析可知，与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：