竖井裂隙型注浆帷幕开挖卸荷相似模拟试验系统和方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112268768A(43)申请公布日2021.01.26(21)申请号202011154384.4(22)申请日2020.10.26(71)申请人中国矿业大学（北京）地址100083北京市海淀区学院路丁11号申请人北京中煤矿山工程有限公司(72)发明人周禹良李生生侯公羽刘书杰贺文袁东锋杨雪(74)专利代理机构北京冠榆知识产权代理事务所(特殊普通合伙)11666代理人朱亚琦(51)Int.Cl.G01N1/28(2006.01)G01N3/02(2006.01)G01N3/12(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图7页(54)发明名称竖井裂隙型注浆帷幕开挖卸荷相似模拟试验系统和方法(57)摘要本发明公开竖井裂隙型注浆帷幕开挖卸荷相似模拟试验系统和方法，包括预制裂隙厚壁圆筒形竖井围岩样品的浇筑；竖井裂隙型注浆帷幕试样的制作；竖井裂隙型注浆帷幕初始三维地应力加载还原；竖井裂隙型注浆帷幕开挖卸荷模拟；竖井裂隙型注浆帷幕开挖卸荷效应监测。本发明所提供的制样方法，可制得不同裂隙产状，不同浆液类型的竖井裂隙型注浆帷幕试样。所提供卸荷试验方法可开展不同地应力等级、不同卸荷速率下竖井注浆帷幕的开挖卸荷模拟，再现竖井开挖卸荷下，裂隙型注浆帷幕变形破坏规律和损伤劣化特征。适用于矿井建设中竖井注浆帷幕堵水有效性及开挖卸荷效应的试验研究。可实现高地应力、强卸荷幅度、真实开挖卸荷应力路径的模拟试验。CN112268768ACN112268768A权利要求书1/3页1.竖井裂隙型注浆帷幕开挖卸荷相似模拟试验系统，其特征在于，包括刚性加载腔侧壁(21)、底座(18)、轴压活塞(19)、上压板(16)、下压板(17)、外压油泵(24)和内压油泵(25)，所述底座(18)通过承力卡环(22)与所述刚性加载腔侧壁(21)的下部连接；所述下压板(17)安装在所述底座(18)的上表面，所述轴压活塞(19)安装在所述刚性加载腔侧壁(21)的顶部；所述底座(18)、所述刚性加载腔侧壁(21)和所述轴压活塞(19)围成的空间为高压加载腔(15)；所述轴压活塞(19)的动力输出端与所述上压板(16)固定连接，且所述上压板(16)位于所述下压板(17)的正上方；所述上压板(16)与所述下压板(17)之间放置厚壁圆筒竖井裂隙型注浆帷幕试样(6)；厚壁圆筒竖井裂隙型注浆帷幕试样(6)采用橡胶膜(26)包裹；所述外压油泵(24)通过连通管(20)穿过所述底座(18)与厚壁圆筒竖井裂隙型注浆帷幕试样(6)的外壁的所述高压加载腔(15)流体导通；所述内压油泵(25)通过连通管(20)穿过所述底座(18)、并自所述高压加载腔(15)内穿过所述上压板(16)侧壁、自所述上压板(16)的下底壁中心处穿出与所述厚壁圆筒竖井裂隙型注浆帷幕试样(6)的内腔流体导通；在所述下压板(17)和所述底座(18)中心位置设有内压出油管(26)，在所述刚性加载腔侧壁(21)上部设有外压出油管(27)。2.根据权利要求1所述的竖井裂隙型注浆帷幕开挖卸荷相似模拟试验系统，其特征在于，所述外压油泵(24)和所述内压油泵(25)通过电磁阀(23)控制开关。3.竖井裂隙型注浆帷幕开挖卸荷相似模拟试验方法，其特征在于，包括如下步骤：(A)预制裂隙厚壁圆筒形竖井围岩样品的浇筑；(B)竖井裂隙型注浆帷幕试样的制作；(C)竖井裂隙型注浆帷幕初始三维地应力加载还原；(D)竖井裂隙型注浆帷幕开挖卸荷模拟试验；(E)竖井裂隙型注浆帷幕开挖卸荷效应监测。4.根据权利要求3所述的竖井裂隙型注浆帷幕开挖卸荷相似模拟试验方法，其特征在于，在步骤(A)中，采用聚乙烯塑料桶(1)和PVC管(2)制作厚壁圆筒形竖井围岩样品，包括如下步骤：(A-1)聚乙烯塑料桶(1)套在PVC管(2)外，且聚乙烯塑料桶(1)与PVC管(2)同轴，在需要安置设石蜡薄片(4)和应力-应变传感器的位置的聚乙烯塑料桶(1)的外壁开槽；(A-2)向聚乙烯塑料桶(1)和PVC管(2)所围成的空间内分层浇筑水泥砂浆(3)，在预定位置安设石蜡薄片(4)和应力-应变传感器，48h后脱模，得到厚壁圆筒形竖井围岩试样；(A-3)将制得厚壁圆筒形竖井围岩试样标准养护28d后，采用线切割除去预埋的石蜡薄片(4)，形人工裂隙，随后采用高温热气喷枪清理人工裂隙，排除残留石蜡，制得厚壁圆筒形竖井预制裂隙围岩试样(5)。5.根据权利要求4所述的竖井裂隙型注浆帷幕开挖卸荷相似模拟试验方法，其特征在于，聚乙烯塑料桶(1)的内径为Φ200mm，壁厚为6mm，高为300mm，聚乙烯塑料桶(1)外壁开槽组数为4，槽宽为30～60mm，高为0.5～5mm；PVC管(2)的外径为Φ30～50mm，壁厚为2.0mm，长为320m