一种岩层离层区注浆充填二维相似材料模拟平台

1.本发明属于煤炭行业绿色开采技术领域，尤其涉及煤矿注浆充填实验装置领域。


背景技术：

2.离层注浆充填方法因其工艺简单，采充互不影响等优势在长治、唐山等地煤矿得到广泛应用，目前离层注浆充填方面的专利也有一些，比如中国发明(cn201910331515.2)(cn201310079476.4)等，离层注浆充填技术发展已经较为成熟，但是离层注浆充填实施过程中，关键层的判别、离层空间的方位大小以及注浆材料的岩层和离层中的流动轨迹和规律等问题依然是该技术实施中面临的现实难题。在井下煤层开采后，岩层的移动变形和裂隙的发育扩展等都非常复杂，地层也是一个巨大的黑箱，存在很多未知的变化，因而对离层注浆充填的应用造成一定的挑战。离层注浆充填工程是一个庞大的系统工程，离层空间的大小和注浆材料的流动规律等问题是离层注浆工程实施成功与否的关键，因而，需要在科学研究中，提前对岩层离层空间的方位大小和注浆材料在岩层中流动规律进行分析研究，以提供工程应用的理论依据和可靠保障。本发明在二维相似材料模拟平台的基础上进行改造，针对岩层离层区注浆充填工程而特制，可适用于不同矿井的岩层地质条件，能够逼真模拟采煤过程中覆岩离层区注浆充填工艺过程，清晰了解采煤过程中离层空间的方位大小和注浆材料在岩层中的流动轨迹等情况，为离层注浆充填的工程应用奠定科学基础。


技术实现要素：

3.基于上述技术现状，为了能够准确采煤过程中上覆岩层离层空间的方位大小和注浆材料的流动规律，方便人们研究离层注浆效果，本着安全、经济、实用等原则，设计发明了一种岩层离层区注浆充填二维相似材料模拟平台。
4.本发明提供如下技术方案：
5.一种岩层离层区注浆充填二维相似材料模拟平台，该装置主要由透明亚克力板、u型槽钢、底座、支座、注浆管等构件组成。该平台的底座两端各焊接u型槽钢，两个u型槽钢距离1.5m，u型槽钢采用质地较硬的钢板焊接而成，厚度2mm，竖立起来的u型槽钢高度为1m，u型槽钢两侧直立的钢板上钻取五个螺丝孔，孔间距15cm，孔的大小在8-10mm之间，用于穿过固定亚克力板的螺丝。底座厚度在3-5cm，宽度为10cm，用于作为岩层的底板，底座下方焊接三个支座，相邻两个支座之间距离相等，支座高度在20-30cm之间，采用钢板围裹焊接而成。在平台的前后方位分别安装两块透明亚克力板，为前板和后板，透明亚克力板的厚度在1.5-2cm，高度为95cm，长度与两侧u型槽钢边缘之间的距离一致，在160cm左右。前板和后板与u型槽钢的上边缘对齐，下部留有5cm高度的长条形区域为开挖区，用于相似材料煤层的开挖工作。
6.相似材料岩层的铺设和常规相似模拟实验的操作方法基本一致，即按照一定配比的河沙、石膏、石灰等材料混合物铺设一层一层厚度不等的相似材料岩层，并轻轻压实。在相似材料岩层铺设完成并晾干之后，将前板和后板分别对准螺丝孔上紧螺丝，使前板和后
板固定在相似模拟平台上，即可开始在开挖区进行相似材料煤层的开挖工作。注浆管则是在煤层开挖之后，相似材料岩层中出现离层空间时再行安置，采用手钻从岩层上部向离层空间打钻，钻孔的直径与注浆管的直径一致，约为1-1.5cm，然后将注浆管伸入钻孔中，采用相似注浆材料向注浆管里灌注，观察注浆材料在离层空间和岩层裂隙中的流动规律。钻孔过程中应时刻注意防止将相似材料岩层破坏和断裂，注浆材料灌注时也应注意注浆材料流动到采空区后由开挖区向外漏失的问题，对此情况应在开挖区采取一定的封堵措施，并调整注浆材料的浓度。
7.本发明具有以下有益之处：
8.本装置具有一定的创新性、现实可行性、可操作性和经济实用性，结构简单，易于操作，节省大量人力物力财力，减少现场离层注浆充填的盲目性和不确定性风险，经济适用效果良好，占地面积小，能够逼真模拟采煤过程中覆岩离层区注浆充填工艺过程，便于研究离层空间的方位大小、发育规律和注浆材料在岩层中的流动轨迹、规律等内容，为后续工程应用提供科学依据。
附图说明
9.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
10.图1为一种岩层离层区注浆充填二维相似材料模拟平台立体图。
11.图2为一种岩层离层区注浆充填二维相似材料模拟平台俯视图。
12.图中：1、前板；2、u型槽钢；3、螺丝孔；4、底座；5、支座；6、相似材料岩层；7、注浆管；8、开挖区；9、螺丝；10、后板。
具体实施方式
13.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
14.实施例一
15.请参阅图1和2，一种岩层离层区注浆充填二维相似材料模拟平台，该装置主要由透明亚克力板、u型槽钢2、底座4、支座5、注浆管7等构件组成。该平台的底座5两端各焊接一个u型槽钢2，两个u型槽钢2距离1.5m，u型槽钢2采用质地较硬的钢板焊接而成，厚度2mm，竖立起来的u型槽钢2高度为1m，u型槽钢2两侧直立的钢板上钻取五个螺丝孔3，孔间距15cm，孔的大小在8-10mm之间，用于穿过固定亚克力板的螺丝9。底座4厚度在3-5cm，宽度为10cm，用于作为岩层的底板，底座4下方焊接三个支座5，相邻两个支座5之间距离相等，支座5高度在20-30cm之间，采用钢板围裹焊接而成。在平台的前后方位分别安装两块透明亚克力板，为前板1和后板10，透明亚克力板的厚度在1.5-2cm，高度为95cm，长度与两侧u型槽钢2边缘之间的距离一致，在160cm左右。前板1和后板10与u型槽钢2的上边缘对齐，下部留有5cm高
度的长条形区域为开挖区8，用于相似材料煤层的开挖工作。
16.实施例二
17.请参阅图1，相似材料岩层6的铺设和常规相似模拟实验的操作方法基本一致，即按照一定配比的河沙、石膏、石灰等材料混合物铺设一层一层厚度不等的相似材料岩层6，并轻轻压实。在相似材料岩层6铺设完成并晾干之后，将前板1和后板10分别对准螺丝孔3上紧螺丝9，使前板1和后板10固定在相似模拟平台上，即可开始在开挖区8进行相似材料煤层的开挖工作。注浆管7则是在煤层开挖之后，相似材料岩层6中出现离层空间时再行安置，采用手钻从岩层上部向离层空间打钻，钻孔的直径与注浆管7的直径一致，约为1-1.5cm，长度约为80-100cm，然后将注浆管7伸入钻孔中，采用相似注浆材料向注浆管7里灌注，观察注浆材料在离层空间和岩层裂隙中的流动规律。钻孔过程中应时刻注意防止将相似材料岩层6破坏和断裂，注浆材料灌注时也应注意注浆材料流动到采空区后由开挖区8向外漏失的问题，对此情况应在开挖区8采取一定的封堵措施，并调整注浆材料的浓度。
18.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。