[发明专利]一种注浆浆液析水实验装置与析水率变化规律测试方法

说明书

本发明涉及一种注浆浆液析水实验装置，包括外筒，外筒支撑台，所述外筒支撑台的上端与所述外筒的底部活动连接；支撑结构，所述支撑结构的下端与所述外筒的底部内侧螺栓连接，过滤筒体结构，所述过滤筒体结构的底部与所述支撑结构的上端相连；加压结构，所述加压结构的下端与所述过滤筒体结构的内部上方滑动连接；收集设备与所述外筒的底部拆卸式连接且相连通。本发明还公开了一种浆液析水率变化规律测试方法。本发明涉及的注浆浆液析水实验装置结构简洁，制作和安装方便；注浆压力和浆液配比可根据含水层的空隙特征及其可注性进行调整；可以根据实际注浆工程需要，进行水泥单液浆和水泥粉煤灰双液浆的析水实验。

技术领域

本发明涉及矿业工程领域，更具体涉及注浆浆液析水实验装置与析水率变化规律测试方法。

背景技术

在华北煤田石炭-二叠纪煤系地层底板以下赋存一套碳酸盐岩含水层，由石炭纪太原组灰岩(简称“太灰”)和奥陶纪灰岩(简称“奥灰”)组成，太灰与奥灰统称为“底板灰岩”，如图1所示。该底板灰岩富水性强，水压高，一旦突出，来势凶猛，突水量大，可在很短的时间内造成淹井甚至人员伤亡事故。

从统计资料看，华北煤田95％以上的特大型淹井事故均因底板灰岩水突水所致。如河北开滦范各庄矿1984年的“6.2”底板灰岩水淹井事故，最大突水量123180m³/h，死亡11人；安徽皖北任楼矿1996年的“3.4”底板灰岩水淹井事故，最大突水量34571m³/h；安徽淮北桃园矿2013年的“2.3”底板灰岩水淹井事故，最大突水量29000m³/h，1人遇难。一次淹井事故对于煤矿来说，可谓“灭顶之灾”，单从经济损失上讲，通常是以数亿元甚至数十亿元计。因此，底板灰岩水水害防治一直是华北煤田煤矿防治水的重点。

由图8可以看出，华北煤田石炭纪太灰(C_3t灰)地层平均厚度120m±，由12-13层薄层灰岩及灰岩层之间的砂泥岩夹层所组成，其上部的三灰(L₃)和四灰(L₄)厚度较大，岩溶、裂隙较发育，偶见溶洞，富水性较强，对煤系下组煤(10#煤层)安全开采构成严重威胁；太灰下部为奥灰，厚度大于500m，其浅部的马家沟组(O_2m)溶洞、裂隙极其发育，甚至发育岩溶陷落柱，且补给源充分，可谓是华北煤田煤系地层下伏的“汪洋大海”，对10#煤层安全开采构成的威胁最为严重。

目前，华北煤田对于底板灰岩水的防治，主要是利用地面定向钻技术，对太原组三灰(简写为“L₃灰”)进行高压注浆加固，既可以增加煤层底板隔水层的厚度及抵抗底板灰岩高水压的能力，也可以封堵穿过L₃灰的导水通道(如导水断层、岩溶陷落柱等)，技术经济效益最佳。

然而，从华北煤田煤矿注浆实践看，对一个工作面(走向长200m、倾斜宽100m)底板L₃灰进行注浆，注水泥浆量多者达40万吨以上(如淮北矿区桃园煤矿)。水泥浆比重为1.2t/m³,水灰比为3:1，那么40万吨水泥浆的配水量高达30万m³。那么，带来的问题是：

(1)浆液结石后，会有多少析出水进入底板灰岩含水层？底板灰岩富水性本来就很强，如果有大量浆液析出水的“人为补给”，势必导致底板灰岩含水层的富水性增强，这是煤矿十分关注的问题；

(2)向底板灰岩含水层(L₃灰)中注浆，需要压力(称“注浆压力”)。从加固岩层及封堵导水通道的效果看，注浆压力越大越好。但注浆压力过大，会不会导致浆液析水率增大？浆液析水率与注浆压力之间的关系，也是煤矿十分关注的技术问题；