[发明专利]一种煤岩体三维可视化注浆试验装置及使用方法

说明书

本发明公开了一种煤岩体三维可视化注浆试验装置及使用方法，属于破碎煤岩体注浆加固试验技术领域。该装置包括竖向与水平加载系统、立体式装填约束结构、可视化监测系统和调控式注浆系统，竖向与水平加载系统能够对破碎煤岩体施加轴压和围压，更真实的模拟地下应力环境；立体式装填约束结构左右和上部设置加载板，前后设置高强度透明板，下部设置透浆板，可视化监测系统通过高速摄像机和传感器，实现对浆液在破碎煤岩体内扩散形态及全过程进行实时观测；调控式注浆系统稳定的将含有示踪剂的浆液注入到破碎煤岩体中。其结构合理、操作方便、过程可视、立体监控、安全可靠。

技术领域

本发明涉及一种煤岩体三维可视化注浆试验装置及使用方法，属于破碎煤岩体注浆加固试验技术领域。

背景技术

煤炭资源是我国能源行业的支柱性产业，煤炭的供应也关系到我国的能源工业乃至整个社会方方面面的发展的稳定，能够安全的供应煤炭成为我国能源安全中最为重要的一环。而随着我国经济发展对煤炭的需求量越来越大，导致煤炭的开采强度日益增加，使得浅部资源减少，煤矿巷道的开采深度不断增加，我国各地的矿区相继进入到深部开采的情况。深部岩层的地质条件恶化严重、破碎岩体增多、采动应力较大等问题加剧了地下作业的危险程度，提高了煤炭资源的开采难度，并造成了巷道围岩的松动状态和破裂程度越来越严重。而在破碎的煤岩体中，锚杆(索)支护所提供的锚固力很差，无法达到理想的锚固效果，严重影响了煤矿巷道安全高效的生产。因此，能够修复或者合理的控制破碎或松散煤岩体成为解决深部煤矿采掘工程的技术关键。经过大量的工程实际应用和室内模拟试验发现，将浆液通过一定的压力注入到破碎煤岩体裂缝中，使得浆液固结后能够重新胶结煤岩体的注浆技术成为修复和加固破碎岩体的有效手段。

注浆技术是一种通过一定的压力将可以固结的类流体浆液(水泥浆液、化学浆液等)通过注浆孔注入到地下岩体的裂隙中，利用置换填充的手段将岩体裂隙进行修补的加固技术。这种技术使得在浆液固结之后，替换了原先存在于围岩体中的裂隙，将岩体重新进行胶结，形成一种相对稳定的可再次承载的完整体。但是，由于注浆工程的隐蔽性，加之岩体本身存在各向异性等特点，使得人们难以准确获取浆液在岩体内部裂隙中的扩散过程和扩散效果，导致岩体注浆加固效果难以判断。目前，对于浆液在破碎岩体中扩散规律的研究主要集中在现场试验、理论研究、数值模拟和室内试验这几个领域，而理论研究与数值模拟均需要对实际的工程地质条件以及注浆方式做出一定的简化，导致研究结果与实际情况存在较大的误差；现场原位试验则缺少直观性，使得浆液在裂隙内的流动和扩散情况难以直接获取，无法得到关键参数以研究扩散规律。相比之下，室内试验可较好的减少与现场之间的误差，能较为真实地模拟注浆现场的条件，又可获取注浆过程的相关参数。但是，现有的浆液可视化室内模拟装置只存在模拟单向轴压的环境，无法模拟深部地下巷道围岩体中受到围压的情况，缺少真实性，所模拟出来的结果与真实环境存在较大误差。而且现存的可视化设备仅仅只通过高速摄像机观测破碎岩体表面的扩散情况，无法获取内部的浆液流动状态。

因此，亟需研制一种能够模拟同时受到轴压与围压条件下，能够同时在外部和内部观测浆液在破碎煤岩体介质中扩散过程可视化试验装置及方法，能够为探索浆液在破碎煤岩体中的扩散规律提供试验基础。

发明内容

为解决现有技术的不足，针对破碎煤岩体这类破碎松散介质提供一种结构合理、操作方便、过程可视、立体监控、安全可靠的煤岩体三维可视化注浆试验装置及使用方法。

为了实现上述目标，本发明的煤岩体三维可视化注浆试验装置，包括竖向与水平加载系统、立体式装填约束结构、可视化监测系统和调控式注浆系统；其中立体式装填约束结构内设有破碎煤岩体，立体式装填约束结构设置在竖向与水平加载系统中加载，可视化监测系统设置在立体式装填约束结构侧用以观测在加载过程中的变化，调控式注浆系统通过管路向可视化监测系统中的破碎煤岩体注浆；