[发明专利]一种采空区离层多层位注浆地表沉陷控制试验装置及方法

说明书

本发明涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种采空区离层多层位注浆地表沉陷控制试验装置及方法。试验装置包括：主体模拟单元和加载单元；所述主体模拟单元包括反力框架，所述反力框架包括六个面并具有中空腔室，在反力框架的左、右、上、后侧面均设置有加载油缸，所述加载单元与加载油缸连接；所述反力框架前、后侧面分别设置注水管和出水管，所述中空腔室底部设置煤层模拟材料，所述煤层模拟材料为NaHCOsubgt;3/subgt;，通过该实验装置实现真三轴加载下的采空区离层多层位注浆的模拟试验，简化煤层开挖的模拟过程。

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种采空区离层多层位注浆地表沉陷控制试验装置及方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

煤炭资源连续高强度开采，部分矿区煤炭资源日渐枯竭，开采后形成地表沉陷，地面建筑物损坏、道路损毁、土地废弃、潜水环境恶化等生态环境问题日益突出。近年来，覆岩离层注浆减沉技术已成为解决上述问题的有效技术途径之一，覆岩离层注浆是充分利用煤层开采后的离层空间，将充填材料通过地面钻孔注入离层区域，减缓岩层弯曲下沉，减轻地表沉陷，有效实现了地下开采与地面注浆充填平行作业，互不干扰，具有成本低、煤炭回采率与生产效率高，适合高产能等特点。目前，有学者对于覆岩离层注浆充填理论和数值模型进行了研究，由于众多影响条件制约现场实测和实践研究，因此亟需设计一套能够模拟实际生产条件下覆岩离层注浆的装置，从而跟已有理论及数值模拟研究间进行验证和修正，为煤矿提供可靠的充填开采依据。

公开号CN114351685A的专利公开了一种覆岩离层注浆地表沉陷控制方法及其注浆装置，该发明针对现有离层注浆技术进行改进，采用定向钻孔技术与真空负压技术，对离层空间进行注浆，满足超长泵送要求与支护减沉需求，但该装置研究对象仅为小尺寸模型，装置较简单，功能较少，不能实现真实地层模拟；公开号CN113433132A的专利公开了一种模拟覆岩离层注浆充填的装置及方法，该装置能够根据试验场地灵活移动，可以模拟不同煤层倾角，根据设计改变箱体尺寸，能够根据开挖过程中离层区的出现位置灵活调整注浆管的位置，并且可以模拟多层位离层注浆和多个工作面同时进行离层注浆作业情况，但该装置虽能实现不同相似比模型，但未实现真三轴加载，仅为一种箱式小尺寸的离层注浆机制研究，真实地模拟现场实际情况的受力环境，而且模拟煤层开挖方法复杂。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的是提供一种采空区离层多层位注浆地表沉陷控制试验装置，以实现真三轴加载下的采空区离层多层位注浆的模拟试验，简化煤层开挖的模拟过程。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种采空区离层多层位注浆地表沉陷控制试验装置，包括：主体模拟单元和加载单元；所述主体模拟单元包括反力框架，所述反力框架包括六个面并具有中空腔室，在反力框架的左、右、上、后侧面均设置有加载油缸，所述加载单元与加载油缸连接；所述反力框架前、后侧面分别设置注水管和出水管，所述中空腔室底部设置煤层模拟材料，所述煤层模拟材料为NaHCO₃。

优选的，所述反力框架由榀式单元框架组成，榀式单元框架由钢板焊接而成，榀式单元框架之间通过螺栓连接。

优选的，所述中空腔室的煤层模拟材料上侧设置多地层模拟材料，所述多地层模拟材料上侧设置路基；所述加载油缸的活塞杆连接承压板，所述承压板抵压在路基上。

优选的，还包括注浆单元，所述反力框架上侧面中间设置离层注浆管，上侧面两边设置帷幕注浆管，所述注浆单元与所述离层注浆管和帷幕注浆管连接。

优选的，所述离层注浆管和帷幕注浆管顶部均设置压力计和流量计，用来检测注浆压力和流量。