[实用新型]一种定向钻孔注浆浆液扩散的模拟试验系统

说明书

本实用新型公开了一种定向钻孔注浆浆液扩散的模拟试验系统，属于矿井水害注浆治理的技术领域。其包括注浆实验台、分支孔裂隙模拟系统、控制系统、注浆系统及实时监测系统，通过在实验台本体上磁力吸附分支孔裂隙模具，通过旋转轴旋转可使实验台本体实现多角度的变换，从而实现不同的分支孔裂隙。本实用新型可预制定向钻探中不同分支孔布设和孔距下的岩体裂隙，可实现定向钻孔中不同角度分支孔下的浆液扩散规律(如水平裂隙和垂直裂隙)，可模拟分支孔下不同裂隙类型、粗糙度、裂隙开度，注浆压力、浆液浓度下的浆液扩散规律的研究，可实现分支钻孔中浆液扩散路径及范围的可视化效果，为直观研究定向钻孔注浆浆液扩散影响因素和规律提供保障。

技术领域

本实用新型涉及矿井水害注浆治理的技术领域，具体涉及定向钻孔注浆浆液扩散的模拟试验系统。

背景技术

随着浅部煤炭资源的枯竭和煤炭机械化的高强度开采，我国许多矿井相继转入深部和下组煤的开采。据《BP世界能源统计年鉴(2018)》统计，我国1000m以下的煤炭资源占比超过50％，但深部水文地质条件较浅部更为复杂，隐伏构造探查和治理难度明显加大，煤炭开采受水威胁更为严峻，高承压水突水灾害问题越来越严重。

注浆改造含水层是解决承压水上突水威胁问题的有效方法。我国目前采取的煤层底板常规注浆改造技术，主要以井下钻孔为主，存在钻孔量大、钻孔轨迹不可控、有效孔段较短、注浆加固效果差、在未形成工作面运输巷和回风巷时，无法施工注浆加固钻孔，不能实现区域超前加固等问题。定向钻探注浆利用煤层钻孔递进延伸技术和钻孔轨迹控制技术，提高煤层钻遇率，实现深孔的精准钻进，对含水层区域的隐伏导水陷落柱、断层和裂隙进行超前探测和注浆治理，具有超前区域治理、增加钻孔遇水有效孔段、超前探测地质构造、准确计算出水位置、提高钻遇裂隙率等优点，大幅缩短了工作面采场后期的注浆改造工期，减少了井下注浆对工作面准备的影响，有利于采掘正常接替。

目前定向钻探注浆中分支孔的布设及孔距大小、注浆压力与浆液扩散规律等方面往往根据现场工程实践的经验确定，对于定向钻孔浆液扩散规律及其影响因素的研究主要有：

申请号201810576987.X公开了一种开挖应力下预制含裂纹岩体注浆试验系统及使用方法，以水力压裂技术为基础，考虑实际采场中开挖所产生的采动应力场，将由岩块制作成完整的大尺度岩体试样预制成开挖应力下的含裂纹岩体，然后进行注浆试验。通过在顶端部实施水压致裂、岩石左右两侧和底部布置分级伺服控制加载器，实现对岩体不同方向施加不同载荷的目的，利用水压与侧向加载应力间的关系，改变岩样所承受的最大主应力方向，从而在岩体内部随机生成裂纹。

申请号201710607066.0公开了一种动水流砂地层加固注浆扩散规律可视化模拟实验装置与方法，其包括实验箱体、水压控制加载系统、垂直、侧向液压加载机构、双液化学注浆系统和与计算机连接的测试系统。

上述现有技术虽同为注浆试验模拟设计，但受其外部条件约束，在岩石内部注浆和地层相似模拟条件下可视化程度不高。虽对裂隙起到填充作用，但浆液可选择性无法体现，不能确定裂隙几何属性对浆液扩散的影响以及最合适地浆液配比。

因此，非常有必要研制一种定向钻孔注浆的浆液扩散模拟试验系统，深入分析分支孔中浆液沿岩体裂隙扩散的影响因素。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种定向钻孔注浆浆液扩散的模拟试验系统，其可模拟分支孔下不同裂隙类型、粗糙度、裂隙开度，注浆压力、浆液浓度下的浆液扩散规律的研究，可实现分支钻孔中浆液扩散路径及范围的可视化效果，为直观研究定向钻孔注浆浆液扩散影响因素和规律提供保障。

其技术解决方案包括：