[发明专利]用于二维相似材料模拟试验台的离层密封与注浆方法

说明书

本发明公开了一种用于二维相似材料模拟试验台的离层密封与注浆方法，涉及相似材料模拟技术领域。其步骤包括：制备常规相似材料和非亲水性相似材料；计算分析二维相似材料模拟试验台中的预计离层位置；从模型的底部开始依次铺设所述的常规相似材料，在预计离层位置附近铺设非亲水性相似材料；当铺设到预计离层位置时，布置注浆管道；在二维相似材料模拟试验台中确定煤层开采位置，对煤层进行多次回采；回采完毕后，在离层位置的模型表面铺设柔性编织网，在柔性编织网外侧喷涂密封材料，在模型外侧安装透明的亚克力板；向离层进行注浆，研究离层空间注浆效果。本发明解决了相似材料模拟注浆过程中设备密封差导致的实验结果不准确等问题。

技术领域

本发明涉及相似材料模拟技术领域，具体涉及一种用于二维相似材料模拟试验台的离层密封与注浆方法。

背景技术

注浆技术在防治地表塌陷以及治理已有采空塌陷区过程中，不仅可以消化掉大量的粉煤灰、煤矸石等工业固体废弃物，还可以有效保护上部地层和含水层，利于生态文明建设。覆岩离层注浆法由于成本低、煤炭回采率与生产效率高，适合高产能等特点，在矿井中逐渐投入使用，该方法释放了压覆煤炭资源，达到了防治地表塌陷、保护生态环境的有机统一。目前在研究离层注浆与渗透模拟的研究中，由于岩土体的复杂性和注浆工程的隐蔽性，并且由于设备密封性差，浆体在注入时会跑浆，使得注浆理论的研究进行难度极大。覆岩离层注浆相关理论的研究水平严重滞后于工程实践和注浆材料的发展，因此，对注浆理论的研究方面具有重要的意义。

现有技术有关的研究报道有：

申请号201811626340.X公开了一种室内覆岩离层量测量及注浆控制模拟系统及其方法，该方法中设置了套筒序列进行多层位注浆工作，但未考虑注浆过程中离层的上下岩层会吸水破坏，并且二维实验设备前后不是闭合的，无法保证浆体完全注入离层中。

解决上述技术问题的难度为：煤层开采后，上覆岩层形成了离层空间，且会产生大量的裂隙，在注浆过程中，浆体会在裂隙中流动，难以了解其流向，造成浆液计算中有偏差，针对该情况，实验设备模拟还原过程中，相似材料大多以溶水性材料制备而成，在遇到浆体时，容易吸水崩解，失去原有的承载能力，在离层空间内不能采用吸水性材料，并且由于目前实验设备的密封性较差，浆体在设备中的流动损耗，使得注浆的量难以控制，无法准确开展相关的研究，达不到预计的注浆效果。

综上所述，现有技术中的覆岩离层注浆所采用的实验设备，不能达到完全的密封，离层覆岩注浆技术不能控制注浆过程中浆体的跑浆，或在完全密封后难以实现对浆体渗流的观测，对相关理论的研究造成了限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于二维相似材料模拟试验台的离层密封与注浆方法，在向覆岩裂隙及离层中注入浆体时，该方法可防止浆体流失，解决了相似材料模拟注浆过程中设备密封差导致的实验结果不准确等问题。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种用于二维相似材料模拟试验台的离层密封与注浆方法，依次包括以下步骤：

a、分别制备常规相似材料和非亲水性相似材料；

b、依据相关理论计算分析二维相似材料模拟试验台中的预计离层位置；

c、从模型的底部开始利用自动铺设装置自动铺设所述的常规相似材料，并且在常规相似材料岩层之间均匀铺洒云母粉，在预计离层位置附近铺设非亲水性相似材料；

所述的自动铺设装置，包括集成料斗、滑动机构、气缸、铲平夯实机构以及总控制台；

所述的集成料斗包括料斗本体，所述的料斗本体的横截面积从上到下依次变小，所述的料斗本体的顶部设置有进料口，底部设置有出料口；

所述的滑动机构包括第一滑动轮、第二滑动轮以及用于驱动并控制第一滑动轮、第二滑动轮进行滑动的中空直角减速机；