[发明专利]一种巷道过断层注浆加固模拟装置及使用方法

权利要求书

1.一种巷道过断层注浆加固模拟装置，其特征在于：包括巷道系统、断层加固系统和监测系统；

所述巷道系统包括从上向下依次设置的巷道顶板岩层、模拟巷道和巷道底板岩层，还包括模拟断层，所述模拟断层与模拟巷道斜交，模拟巷道的左侧为已掘进部分，模拟巷道的右侧为未掘进部分；

所述断层加固系统包括密布在模拟断层内的浆液扩散区、插入浆液扩散区内的模拟注浆孔和连通模拟注浆孔的输浆管，所述模拟注浆孔均匀分布在插入浆液扩散区内，每个所述浆液扩散区内至少设置四个模拟注浆孔，输浆管的头部共同连接有输浆主管，所述输浆主管的头部同时连接有微生物菌液注射器和培养液注射器；

所述监测系统包括应力监测单元和位移监测单元，所述应力监测单元包括第一应力传感器组、第二应力传感器组和应力数据采集器，所述第一应力传感器组布置在模拟巷道外5-10cm范围内，所述第二应力传感器组布置在浆液扩散区外5-10cm范围内，第一应力传感器组和第二应力传感器组与应力数据采集器电性连接，所述位移监测单元包括第一位移传感器组、第二位移传感器组和位移数据采集器，所述第一位移传感器组布置在模拟巷道外10-15cm范围内，所述第二位移传感器组布置在浆液扩散区外10-15cm范围内，第一位移传感器组和第二位移传感器组与位移数据采集器电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种巷道过断层注浆加固模拟装置，其特征在于：所述巷道顶板岩层和巷道底板岩层的构成材料为河砂、方解石、石膏和水。

3.根据权利要求1所述的一种巷道过断层注浆加固模拟装置，其特征在于：所述模拟断层的组成材料为黏土和水，或者河砂、黏土和水。

4.根据权利要求1所述的一种巷道过断层注浆加固模拟装置，其特征在于：所述微生物菌液注射器进行巴氏芽孢八叠球菌液的注射，所述培养液注射器进行尿素、氯化钙及营养肉汤混合液的注射。

5.根据权利要求1所述的一种巷道过断层注浆加固模拟装置，其特征在于：所述浆液扩散区之外的模拟断层处设有可移动的紫外杀菌灯，所述紫外杀菌灯产生的紫外光波长为200-300nm。

6.一种巷道过断层注浆加固模拟装置的使用方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：通过物探和钻探获取实际生产中断层的地质条件，包括断层的充填物组成、充填密度、断层的宽度及断层与巷道的空间关系；

步骤二：通过实际生产的设计说明，获取实际生产中断层注浆加固钻孔的数量和位置；

步骤三：通过钻孔探测确定实际生产中的浆液扩散半径，结合模型设计的几何比例和重度比例，确定模型中浆液扩散半径，结合步骤二设计的钻孔数量和位置，确定模型所有浆液扩散区的范围；

步骤四：依据模型设计的几何比例和重度比例，确定实际与模型三轴抗压强度比值；

步骤五：通过室内力学实验测试确定模拟断层中破碎物质微生物固化和水泥固化三轴抗压强度，进而选择模型注浆加固的微生物浆液和营养液配比及固化时间；

步骤六：铺设模拟巷道过模拟断层的原始物理相似模型，同时埋设位移传感器和应力传感器，并掘进模拟巷道到注浆加固位置，注浆的加固位置依据几何比换算得到；

步骤七：进行模型的模拟断层加固处理，依据步骤三确定的浆液扩散区的范围和通过步骤四确定的微生物浆液和营养液配比，采用微生物菌液注射器和培养液注射器，依次通过输浆主管、输浆管和模拟注浆孔注入模拟断层中的浆液扩散区，在注入后1-100分钟，在模拟断层中的非浆液扩散区之外，采用紫外杀菌灯进行杀菌；

步骤八：依据步骤五的实验结果，待微生物固化达到模拟要求时，对模拟巷道未掘进的部分逐步开挖，开挖的同时，对巷道顶板岩层、巷道底板岩层和模拟断层的应力和位移进行监测；

步骤九：依据步骤八的监测结果，评价实际工程中注浆加固后巷道过断层的工程问题；

步骤十：依据步骤九分析得到的工程问题，对应采取措施，实际生产安全通过断层，继续开展矿产资源。