[发明专利]承压裂隙含水层可视化注浆驱水实验装置及方法

说明书

本发明公开的承压裂隙含水层可视化注浆驱水实验装置及方法，涉及煤矿注浆技术领域。所述实验装置包括驱水注浆平台、注水系统、注浆系统以及数据采集系统；首先利用MATLAB编写程序，生成符合现场裂隙分布规律的随机裂隙网络，并利用光刻技术，预制可视化随机裂隙平板，然后于裂隙平板的两端依次注水、注浆，完成注浆驱水，并实时采集数据信息，用于分析实验数据。本发明可较好的模拟不同裂隙、水环境下浆液驱替承压水的过程，具有一定的普遍性，且模拟承压水条件的方式简便易操作；同时，本发明中建立二维平面模型模拟注浆驱水的过程，且利用MATLAB编写程序，随机生成裂隙网络，更加符合工程实际。

技术领域

本发明涉及煤矿注浆技术领域，具体涉及一种承压裂隙含水层可视化注浆驱水实验装置及方法。

背景技术

在岩土工程中，经常会遇到含裂隙、节理、断层的岩体，这些岩体的渗透性和稳定性严重影响施工安全。据统计，我国70％煤炭资源属于深层埋藏，随着浅层煤炭资源日益减少，开采深部煤炭势在必行。但是深度开采面临的地质环境更加复杂，开采难度也更大，其中，深度开采中存在的“三高一扰动”现象诱发底板承压裂隙含水层突水是众多关键问题之一，造成的水害事故严重制约开采的安全性和稳定性。

针对矿井水害问题，现阶段主要采用的防护措施大致分为两类，“疏干降压、深度强排”和“注浆改造、帷幕截流”。其中，“强排”可以根除水患，但是工程耗资大，严重制约经济效益。另外，随着我国煤炭主要开采区西移，地下水资源也显得尤为珍贵，“强排”将严重破坏地下水环境。而“注浆改造”则是事先向煤层底板承压裂隙含水层中注入浆液，改善煤层底板结构性能，降低渗透率，阻断地下水对含水层的补给，从而达到加固、防渗的目的，提高煤层底板整体的强度和稳定性。但由于地质作用形成的节理裂隙分布复杂，“注浆改造”过程中浆液流动又同时受浆液自身性质、裂隙开度与密度、地下静水压力的影响，想要精确描述浆液在岩体中的运动和扩散规律十分困难。因此，需通过室内可视化注浆驱水试验装置，研究裂隙开度、裂隙分布、浆液性质、注浆环境对于浆液扩散的影响，以获得不同条件下的浆液扩散规律，为现场施工提供有利支撑。

对于注浆模拟试验的研究，国内外学者已经做了大量的试验工作并获得相应成果，如1.中国发明专利2018116286384公开的一种可视化检测裂隙注浆模拟试验装置，用于模拟高压注浆条件下浆液在煤层底板裂隙的运移规律，但没有考虑煤层底板承压水对于注浆过程的影响。2.中国发明专利2018112093607公开的一种静水与动水条件下可视化变开度裂隙注浆试验装置，用于模拟浆液在静水和动水条件下的扩散规律，但其通过调整多个水箱高度来控制静水和动水条件，操作比较麻烦。3.中国发明专利2018114910706公开的一种模拟多主控变量的可视化裂隙注浆试验装置，用于研究不同注浆压力、裂隙介质、裂隙开度、裂隙倾角、裂隙粗糙度、浆液比重条件下浆液的扩散规律，但注浆和注水系统缺乏独立性，且缺少注浆驱水过程中对于流量等参数的监测。而由于煤炭深度开采工程中，底板承压裂隙含水层中本身就存在高压地下水，含水层注浆改造实际上是一个两相流的问题，即地下水被浆液驱替并阻断的过程。

因此，鉴于以上问题，研发一种可以模拟多种裂隙条件的驱水注浆实验装置尤为重要。

发明内容

根据本发明的目的提出的一种承压裂隙含水层可视化注浆驱水实验装置，包括驱水注浆平台、注水系统、注浆系统以及数据采集系统。

所述驱水注浆平台包括裂隙平板以及用于放置裂隙平板的底座，所述裂隙平板包括两个板，其中一个板朝向另一个板的一侧刻画有裂隙网络，两个板之间固定连接，且于边缘处密封；刻画有裂隙网络的板两端对应设置有注水孔和注浆孔，且沿裂隙网络延伸方向均布若干个压力传感器孔。