[发明专利]模拟深埋地层动水条件下高压注浆装置及试验方法

说明书

本发明属于高压注浆领域，提供了一种模拟深埋地层动水条件下高压注浆装置及试验方法。该装置包括用于为浆液提供动力条件的注浆系统；用于对深埋地层动水条件进行模拟的注浆槽；用于向高压槽内的模拟深埋地层材料提供稳定的水流的供水系统；用于对注浆过程中模拟深埋地层材料中的压力变化规律进行实时监测的监测数据采集系统。该方法包括使用该装置的步骤。本发明提供的装置和方法可用于模拟深埋底层中的高压动水环境和高压注浆过程，并采集流场信息，从而研究深埋地层动水条件下高压注浆过程中浆液的扩散规律。

技术领域

本发明属于高压注浆领域，特别涉及一种模拟深埋地层动水条件下高压注浆装置及试验方法。

背景技术

煤矿立井井筒在建设过程中穿越地下富水地层时，不但掘凿工作效率大幅降低，影响施工质量，而且严重威胁施工安全。早在上世纪70年代中期，我国山东兖州矿区立井施工率先采用地面预注浆封堵含水层，实现了“打干井”的目标。上世纪80年代，该技术被引入两淮矿区冻结井施工，取得了良好效果。进入21世纪后，随着国家西部大开发战略实施，该技术又获得进一步应用。但是，随着我国开采深度的不断加大，以及受注地层特性的多样化，地面预注浆封水效果欠佳或失效现象时有发生。究其原因，主要是600米以下地层压力大、地下水为动态和孔隙可注性差等所致。目前，国内外学者开展了大量的试验研究，一定程度上推动了注浆理论的发展，对工程实践提供了指导。

中国专利申请CN 201724888 U介绍了一种承压动水条件下注浆加固试验装置，包括耐压密闭容器，耐压密闭容器的一侧设置有可控水压接口，另一侧设置有出水接口。耐压密闭容器具有可启闭的密封盖，密封盖上连接有注浆系统接口，耐压密闭容器有可控水压接口和出水接口的两侧设置有孔状隔板，孔状隔板之间为试件容纳空间。试件容纳空间连通注浆系统接口，试件容纳空间的底部以及作为试件容纳空间的侧壁内表面上都设置有水压力传感器。

中国专利申请CN 103926394 B介绍了一种三维可视化动水注浆模型试验系统试验方法，包括试验台架、注浆系统、供水水箱和接水水箱。试验台架由六个侧壁采用模块化螺栓连接，试验台架内部紧贴内壁放置钢化玻璃箱，透过钢化玻璃可动态观察浆液的扩散状态；注浆系统由空压机、承压筒及注浆管构成，利用空气压力提供稳定注浆压力；供水水箱提供模型试验动水环境。

中国专利申请CN 106680467 A介绍了一种深埋地层高压注浆模拟试验装置及试验方法，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。

综合分析上述文献公开的试验装置，还存在以下不足之处：

1、试验装置尺寸固定，虽然模拟了承压动水的条件，但是对模拟地层的加压装置过于简单，不能精确模拟地层压力，实验结果误差较大。

2、模型两壁间距非常小，边壁效应明显，影响因素较多，且钢化玻璃承压有限，不能模拟压力较高的深埋底层。

3、仅仅根据地层及地下水情况确定富水砂层的注浆方法，虽然模拟了深埋底层富水条件，但为静水状态下，难以实现理论突破。

4、以往模拟深埋底层高压注浆试验装置所做的简化处理较多，要么不能精确模拟深埋底层，要么就为非动水条件下，不能为深埋底层动水条件下高压注浆提供可靠的技术参数。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种模拟深埋地层动水条件下高压注浆装置及试验方法。

本发明提供了一种模拟深埋地层动水条件下高压注浆装置，包括注浆系统、注浆槽、供水系统和监测数据采集系统，其中：