[发明专利]一种巷道过断层注浆加固模拟装置及使用方法

说明书

本发明公布了一种巷道过断层注浆加固模拟装置，包括巷道系统、断层加固系统和监测系统，巷道系统包括巷道顶板岩层、模拟巷道和巷道底板岩层，还包括模拟断层，模拟断层将巷道系统分隔成左右两部分，断层加固系统包括浆液扩散区、模拟注浆孔和输浆管，监测系统包括应力监测单元和位移监测单元，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，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，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：能够实现巷道超前注浆加固后，巷道过模拟断层时，围岩破坏和移动的模拟；模拟更加精准；简单易实施；成本低，可重复。

技术领域

本发明涉及矿山安全技术领域，具体涉及一种巷道过断层注浆加固模拟装置及使用方法。

背景技术

我国煤炭开采过程中各类灾害与构造关系十分密切，有水害、瓦斯灾害、顶板灾害及冲击地压等。巷道过断层也有以上各种灾害发生，为此主要通过超前注浆加固来减少灾害。一般情况下，为确保安全通过断层，采用高密度钻孔注入高强度浆液。虽然也能确保安全通过断层，但常常经济上浪费。现有模拟注浆加固的装置和方法有以下问题：

(1)采用数值模拟方法，但注浆加固难以准确模拟，且数值模拟中难以模拟绝对时间效应。

(2)有的物理模拟仅对断层破碎带岩体，而没有模拟出在工程实施过程中的注浆模拟。

(3)有的物理模拟仅能实现注浆扩散模拟，但是没有注浆加固后的工程扰动模拟。

(4)各方面虽然有一定的基础，但是由于物理相似模拟的相似准则是不同的，无法机械的叠加。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种巷道过断层注浆加固模拟装置及使用方法，本发明是通过以下技术方案来实现的。

一种巷道过断层注浆加固模拟装置，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。

进一步地，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。

进一步地，所述模拟断层的组成材料为黏土和水，或者河砂、黏土和水。

进一步地，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。

进一步地，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。

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：