一种矿井注浆堵水材料性能测试装置及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及矿井堵水材料性能测试领域技术，尤其是指一种矿井注浆堵水材料性能测试装置及其使用方法。
【背景技术】
[0002]矿井水害是威胁煤矿安全生产的主要隐患之一，也是制约许多矿区生产活动和可持续发展的重要因素。目前，随着开采深度加大，矿井涌水量不断增加，破碎岩层体中的节理、裂隙等不连续面正好是导水通道，造成煤岩体内涌水量大，给煤矿井下安全带来严重威胁。
[0003]注浆堵水是防治矿井水害，保证安全采掘的有效措施之一。目前检测堵水材料性能常用的做法是利用伺服压力机检测材料的力学性能、利用粘度计检测其粘度、利用水平垂直燃烧测定仪检测其阻燃性能等。这些方法简便易行，而这些方法的检测结果不能完全反映现场应用的实际效果，只能反映材料本身的性能，不能够具体反映出堵水材料实际的堵水效果。
[0004]鉴于此，本发明人为此研制出一种矿井注浆堵水材料性能测试装置及其使用方法，有效的解决了上述问题，本案由此产生。
【发明内容】
[0005]本发明提供的一种矿井注浆堵水材料性能测试装置及其使用方法，通过该装置能够模拟不同渗透性条件下的突水条件，得到堵水材料的真实堵水性能，进而为煤矿现场在选用堵水材料和施工条件，提供可靠依据。
[0006]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:
一种矿井注浆堵水材料性能测试装置及其使用方法，包括震实台、测试筒、注浆栗、水栗和加压系统，测试筒固定安装在震实台上，测试筒内的底部安装有固定多孔板，测试筒内的顶部安装有活动多孔板，测试筒在位于固定多孔板和活动多孔板之间的区域为材料填充区，活动多孔板和加压系统连接，通过加压系统推动活动多孔板移动进行轴向加压，材料填充区的侧壁分别连通安装有自上往下的若干注浆管和自上往下的若干测压管，注浆管和注浆栗相连，测压管上安装有水压力表，水栗通过注水管和测试筒底部连通，测试筒的顶部安装有出水管，注浆管、测压管、注水管和出水管上都安装有阀门。
[0007]所述若干测压管和若干注浆管分别等距安装在测试筒的两侧，测压管和注浆管位置相错开安装，且每个注浆管均位于两测压管的中间。
[0008]所述测试筒内涂覆一层厚度为3-5_的石蜡。
[0009]所述出水管位于其阀门和测试筒之间的一段还和真空管连通，真空管上安装有真空表和真空表阀门，真空管和真空栗连接。
[0010]所述测试筒具有上端盖，加压系统具有加压杆，上端盖开设供加压杆穿入的通孔，加压杆穿过该通孔后和活动多孔板连接;所述注水管和出水管上安装有流量计;所述测试筒由钢管制成。
[0011]所述加压系统包括液压控制系统、液压管、液压装置和加压杆，液压控制系统通过液压管和液压装置相连，加压杆安装在液压装置上，通过液压装置带动加压杆上下移动。
[0012]—种矿井注浆堵水材料性能测试装置的使用方法，步骤如下:
(1)装料:将碎石颗粒按照自然级配放入测试筒内；
(2)设备安装；
(3)施加压力:利用加压系统对测试筒内的碎石块加一个压力，并保持此压力值；
(4)测试渗透性系数:打开注水管、出水管、测压管上的阀门，保证注浆管上的阀门处于关闭状态;打开注水栗，流量调节至合适大小，待流量稳定后，读取水压力表上的示数，记录相关数据，并根据达西公式计算碎石块的渗透性系数；
(5)记录注浆压力:保持水栗的流量不变，打开注浆管上的阀门，利用注浆栗将堵水材料注入测试筒内的碎石中，直到出水管上无水流出，记录此时注浆压力；
(6)整理设备:关闭注水栗，将测试筒拆下，将测试筒内的碎石块和堵水材料的结合体取出，观察注浆扩散半径，记录此扩散半径值，并清理设备；
(7)重复试验:重复步骤I?6，其中在步骤3中，每次试验依次逐步提高加压系统的压力值，然后记录步骤I?6中的数据，直至碎石块的渗透性系数不再发生变化时，停止试验。
[0013]所述碎石为粒径小于5cm的不同大小的碎石，并在步骤(I)装碎石之前，在测试筒内均匀涂一层3~5_的石蜡，在步骤(6)时，先对测试筒进行加热至石蜡融化，然后再取出碎石块和堵水材料的结合体。
[0014]所述设备安装过程为:把测试筒安装到震实台上，并将注浆管、出水管、测压管安装到测试筒上，利用震实台把碎石震实;加压杆穿过上端盖通孔后，将加压杆与活动多孔板相连，通过液压控制系统将活动多孔板压入测试筒内，再把上端盖连接到测试筒上，将水压力表与测压管相连，水栗与注水管相连，注浆栗与注浆管相连。
[0015]所述第(2)步和第(3)步之间还具有检测整个测试装置气密性的步骤，该步骤的过程为:关闭除真空表阀门以外的所有阀门，将真空栗与真空管相连，待真空表示数显示-
0.1MPa时，关闭真空栗;经过Ih后，若真空表示数没有变化，说明系统的气密性良好，否则进行相关检查，并进行加固密封;并且在之后的步骤中需保持真空表阀门关闭。
[0016]采用上述方案后，本发明在材料填充区内填充碎石块，震实后，然后通过加压系统推动加压板给碎石块一轴向压力，来模拟实际环境下的破碎岩层。在通过注水系统向材料填充区注水，来模拟实际环境下的矿井水，通过自上往下布置的若干测压管，来检测水力坡度变化，进而根据达西定律计算碎石块的渗透系数。然后向材料填充区注入堵水材料，直至测压管上水压力表的示数为零，从而可以得到在该渗透系数的矿层下，注入堵水材料所需的注浆压力值，最后取出测试筒内的试验材料，记录下注浆扩散半径。
[0017]通过改变加载的轴向压力即可模拟不同渗透条件下的突水条件，通过多次试验可以建立渗透性系数、注浆压力和注浆扩散半径的关系式，进而为煤矿现场在选用堵水材料和施工条件时，提供可靠依据。
【附图说明】
[0018]图1是本实施例的结构示意图； 图2是本实施例出水管和真空管的俯视图。
[0019]标号说明
震实台I，测试筒2，固定多孔板21，活动多孔板22，材料填充区23，上端盖24，通孔241，注浆栗3，注浆管31，水栗4，注水管41，加压系统5，液压控制系统51，液压管52，液压装置53，加压杆54，出水管6，测压管7，水压力表71，阀门8，真空管9，真空表91，真空表阀门92，真空栗93，流量计10。
【具体实施方式】
[0020]为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
[0021]如图1所示，是本发明揭示的一种矿井注浆堵水材料性能测试装置包括震实台1、测试筒2、注浆栗3、水栗4和加压系统5。
[0022]测试筒2由钢管制成，并固定安装在震实台I上，测试筒2内的底部安装有固定多孔板21，测试筒2内的顶部安装有活动多孔板22。测试筒2在位于固定多孔板21和活动多孔板22之间的区域为材料填充区23。
[0023]固定多孔板21用于支撑碎石用，且多孔的结构又能够保证水流能够进入。水栗4通过注水管41和测试筒2底部连通，用于向材料填充区23注入试验水流，以模拟地下水，注水管41上安装有流量计10，流量计10用于显示水流量。测试筒2的顶部安装有出水管6。
[0024]活动多孔板22和加压系统5连接，通过加压系统5推动活动多孔板22移动进行轴向加压。同样的活动多孔板22多孔的结构又能够保证水流能够流出。
[0025]加压系统5包括液压控制系统51、液压管52、液压装置53和加压杆54，液压控制系统51通过液压管52和液压装置53相连，加压杆54安装在液压装置53上，通过液压装置53带动加压杆54上下移动进行加压或撤压。
[0026]其中测试筒2具有上端盖24，上端盖24开设供加压杆54穿入的通孔241，加压杆54穿过该通孔241后和活动多孔板22连接。
[0027]上述材料填充区23的侧壁分别连通安装有自上往下的若干注浆管31和自上往下的若干测压管7。注浆管31和注浆栗3相连，用于向材料填充区23内注入堵水材料，并读取注浆栗3上的注浆压力值。测压管7上安装有水压力表71，用于测量材料填充区23在位于该测压管7处的水压值，水压力表71可采用常用的U型压力计。
[0028]为了使得到的数据分布更加合理，特将测压管7和注浆管31进行下述合理的布置。若干测压管7和若干注浆管31分别安装在测试筒2的两侧，若干测压管7之间等距，若干注浆管31之间等距，并将测压管7和注浆管31位置相错开安装，且每个注浆管31均位于两测压管7的中间。
[0029]其中在注浆管31、测压管7、注水管41和出水管6上都安装有阀门8。
[0030]试验