灌漿封孔止?jié){可視化實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于巖土工程基礎(chǔ)處理灌漿領(lǐng)域，尤其涉及一種灌漿封孔止?jié){實(shí)驗(yàn)裝置及 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 封孔工藝廣泛運(yùn)用于水利、礦山、路基及垃圾填埋等工程。現(xiàn)有灌漿封孔工藝大 致可分為三類：止?jié){塞法、孔口封閉法及漿體封閉法，工程上灌漿封孔參數(shù)主要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)確 定，易低壓重復(fù)劈裂、淺層冒漿串漿、抱管等。
[0003] 針對上述問題，亟需獲得有效的灌漿封孔止?jié){工藝參數(shù)。目前，封孔工藝參數(shù)的研 宄主要集中在礦山工程，大多基于力學(xué)模型及現(xiàn)場試驗(yàn)。如：重慶大學(xué)葛浩龍等人提出了 《煤礦井下水力壓裂鉆孔封孔力學(xué)模型及試驗(yàn)研宄》（參見《巖土力學(xué)》2014年7月刊），上 海大屯能源公司吳吉南等人提出了《煤壁注水壓氣送漿封孔新工藝試驗(yàn)研宄》（參見《江蘇 煤炭》2001年第1期），中國礦業(yè)大學(xué)王圣程等人提出了《抽采鉆孔帶壓注漿封孔技術(shù)的研 宄與應(yīng)用》（參見《煤礦安全》第42卷第6期）。這些研宄在一定程度上得到了礦山封孔參 數(shù)，而灌漿工程封孔工藝與礦山封孔工藝存在較大差別。物理模型試驗(yàn)確定封孔工藝參數(shù) 的成果少見，灌漿封孔止?jié){模擬試驗(yàn)是確定封孔參數(shù)及相關(guān)規(guī)律的有效途徑和方法。
[0004] 因此，如何設(shè)計(jì)研制一種實(shí)驗(yàn)裝置，使其能有效地模擬灌漿止?jié){過程的壓力變化， 從而確定封孔止?jié){參數(shù)，這成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服以上【背景技術(shù)】中提到的不足和缺陷，提供一 種結(jié)構(gòu)簡單、組裝方便、操作容易、便于清潔安裝、成本低的灌漿封孔止?jié){可視化實(shí)驗(yàn)裝置， 還相應(yīng)提供一種步驟簡單的灌漿封孔止?jié){可視化實(shí)驗(yàn)方法。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種灌漿封孔止?jié){可視化實(shí)驗(yàn)裝 置，所述實(shí)驗(yàn)裝置包括壓力供給系統(tǒng)、供漿系統(tǒng)和封孔止?jié){可視化系統(tǒng)；所述壓力供給系統(tǒng) 連接供漿系統(tǒng)，所述供漿系統(tǒng)連接封孔止?jié){可視化系統(tǒng)，所述壓力供給系統(tǒng)提供的壓力使 供漿系統(tǒng)中的漿液注入到所述封孔止?jié){可視化系統(tǒng)中，所述封孔止?jié){可視化系統(tǒng)的外包管 件為透明材料制作，所述封孔止?jié){可視化系統(tǒng)的頂部可拆卸式地裝設(shè)有一孔口封閉器，所 述實(shí)驗(yàn)裝置還包括一對前述封孔止?jié){可視化系統(tǒng)的注漿過程進(jìn)行全程監(jiān)控的監(jiān)控系統(tǒng)。
[0007] 上述的灌漿封孔止?jié){可視化實(shí)驗(yàn)裝置中，優(yōu)選的：所述壓力供給系統(tǒng)包括空氣壓 縮機(jī)、通氣軟管、高壓儲氣罐、調(diào)壓閥和第一閥門；其中空氣壓縮機(jī)通過通氣軟管連通至高 壓儲氣罐；高壓儲氣罐通過通氣軟管連通至所述供漿系統(tǒng)的高壓儲漿罐，所述調(diào)壓閥和 第一閥門設(shè)置在高壓儲氣罐與高壓儲漿罐之間的通氣軟管上。所述壓力供給系統(tǒng)可使得 高壓儲漿罐內(nèi)部處于特定氣壓狀態(tài)，所述壓力供給系統(tǒng)可調(diào)節(jié)氣壓大小，調(diào)壓范圍優(yōu)選為 OMPa ~5MPa。
[0008] 上述的灌漿封孔止?jié){可視化實(shí)驗(yàn)裝置中，優(yōu)選的：所述供漿系統(tǒng)包括螺桿增壓泵、 供漿軟管和高壓儲漿罐，所述螺桿增壓泵通過供漿軟管與高壓儲漿罐連通，所述高壓儲漿 罐上設(shè)置有氣壓表和泄氣閥；所述供漿軟管上安裝有第二閥門。
[0009] 上述的灌漿封孔止?jié){可視化實(shí)驗(yàn)裝置中，優(yōu)選的：所述封孔止?jié){可視化系統(tǒng)包括 孔口封閉器（可根據(jù)需要拆裝）、孔口管、灌漿管、外包管件、緊固件、支撐架、操作平臺、基 座和測量工具（優(yōu)選白底紅字標(biāo)尺，立于外包管件側(cè)后方）等，所述孔口封閉器與孔口管相 連接（一般可通過螺紋連接）；所述灌漿管的上端嵌入孔口封閉器內(nèi)，下端懸垂于所述外包 管件內(nèi)部的中心線處；所述外包管件的上端內(nèi)嵌于孔口管中，下端則內(nèi)嵌于所述基座中由 基座支撐。更優(yōu)選的：所述的外包管件為有機(jī)玻璃管，且該有機(jī)玻璃管主要由多根有機(jī)玻璃 短管首尾內(nèi)嵌組合而成，所述有機(jī)玻璃管的側(cè)壁上沿不同高度開設(shè)有細(xì)孔。更優(yōu)選的，單根 有機(jī)玻璃短管的長度為1~2m ;所述細(xì)孔的內(nèi)徑優(yōu)選為2mm~10mm，間距為IOcm~150cm， 有機(jī)玻璃管的內(nèi)徑優(yōu)選為1. 5倍灌漿管外徑。
[0010] 上述的灌漿封孔止?jié){可視化實(shí)驗(yàn)裝置中，優(yōu)選的：所述孔口管通過螺栓等緊固件 與一支撐架連接；所述支撐架則固定于一操作平臺上。通過設(shè)置一操作平臺，可在其上完成 不同類型孔口封閉器的更換操作或拔管操作等；所述支撐架離地距離可自由調(diào)節(jié)，優(yōu)選不 低于4m。
[0011] 上述的灌漿封孔止?jié){可視化實(shí)驗(yàn)裝置中，優(yōu)選的：所述供漿系統(tǒng)與封孔止?jié){可視 化系統(tǒng)之間的灌漿軟管上裝設(shè)有一可控開關(guān)，所述可控開關(guān)為一可根據(jù)設(shè)計(jì)要求提前設(shè)置 啟閉時(shí)間交替變換參數(shù)的脈動(dòng)模擬控制開關(guān)，且該可控開關(guān)由所述監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行啟閉控 制。
[0012] 上述的灌漿封孔止?jié){可視化實(shí)驗(yàn)裝置中，優(yōu)選的：所述監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控平臺和 圖像采集儀；所述圖像采集儀立于監(jiān)控平臺上，圖像采集儀能對實(shí)驗(yàn)全過程高清錄像；所 述監(jiān)控平臺優(yōu)選為一可平移、可調(diào)節(jié)離地高度的可調(diào)式平臺。
[0013] 作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種基于上述實(shí)驗(yàn)裝置的灌漿封孔止?jié){可 視化實(shí)驗(yàn)方法，包括以下步驟：
[0014] ①檢查全系統(tǒng)的氣密性，調(diào)試并開啟監(jiān)控系統(tǒng)的圖像采集儀，開始進(jìn)行高清錄 像；
[0015] ②制備適量封孔漿液，通過螺桿增壓泵將封孔漿液從孔口管泵入外包管件內(nèi)，待 凝一段時(shí)間（例如20min左右），形成封孔漿體；
[0016] ③關(guān)閉壓力供給系統(tǒng)的調(diào)壓閥和第一閥門，啟動(dòng)壓力供給系統(tǒng)的空氣壓縮機(jī)，通 過通氣軟管向壓力供給系統(tǒng)的高壓儲氣罐中壓入空氣，當(dāng)高壓儲氣罐內(nèi)達(dá)到空氣壓縮機(jī)的 額定排氣壓力后，空氣壓縮機(jī)暫停送氣；
[0017] ④對灌漿軟管上裝設(shè)的可控開關(guān)的啟閉時(shí)間交替變換參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；然后關(guān)閉可 控開關(guān)；
[0018] ⑤制備足量灌漿漿液，通過螺桿增壓泵將灌漿漿液泵入高壓儲漿罐中；將所述調(diào) 壓閥調(diào)節(jié)到實(shí)驗(yàn)所需壓力值，打開第一閥門，使所述高壓儲氣罐內(nèi)的高壓氣體進(jìn)入到所述 高壓儲漿罐中，開啟可控開關(guān)，可控開關(guān)在已設(shè)置好的啟閉時(shí)間交替變換參數(shù)下進(jìn)行周期 性地啟閉；所述高壓儲漿罐內(nèi)的灌漿漿液在高壓空氣的作用下，經(jīng)灌漿軟管進(jìn)入所述封孔 止?jié){可視化系統(tǒng)；
[0019] ⑥灌漿漿液經(jīng)由灌漿管灌入其外包管件內(nèi)，在壓力作用下，灌漿漿液劈裂封孔漿 體，通過外包管件側(cè)壁開設(shè)的細(xì)孔噴出；通過監(jiān)控系統(tǒng)收集處理灌漿實(shí)驗(yàn)過程中的各項(xiàng)參 數(shù)，并加以分析；
[0020] ⑦用加壓清水清洗全系統(tǒng)，完成漿體封閉止?jié){效果模擬實(shí)驗(yàn)；
[0021] ⑧通過孔口管、緊固件安裝不同類型的孔口封閉器，適當(dāng)取舍上述步驟完成多種 工況的對比試驗(yàn)。
[0022] 上述的實(shí)驗(yàn)方法，優(yōu)選的：所述空氣壓縮機(jī)排氣量控制不低于0. 6m3/min，額定排 氣壓力不低于IMPa，所述壓力供給系統(tǒng)的調(diào)壓范圍為OMPa~5MPa ;所述高壓儲氣罐的設(shè)計(jì) 壓力不低于5MPa，容積不低于500L ;調(diào)壓閥的調(diào)壓范圍為OMPa~5MPa。
[0023] 上述的實(shí)驗(yàn)方法，優(yōu)選的：所述螺桿增壓泵的灌漿量不低于600L/h ;所述供漿軟 管尺寸為標(biāo)準(zhǔn)尺寸；所述高壓儲漿罐為圓筒狀，其設(shè)計(jì)壓力不低于5MPa，高壓儲漿罐的容 積優(yōu)選為100L~500L ;所述氣壓表的量程優(yōu)選為OMPa~5MPa。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0025] 1.本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置通過調(diào)節(jié)各個(gè)組成設(shè)備，可調(diào)節(jié)灌漿壓力大小，可改變灌漿 方式，可調(diào)整有機(jī)玻璃管上細(xì)孔的孔徑與間距，通過觀測封孔止?jié){可視化系統(tǒng)在不同實(shí)驗(yàn) 參數(shù)組合下的現(xiàn)象，對實(shí)驗(yàn)過程中的相關(guān)信息進(jìn)行采集，便可對灌漿封孔止?jié){的客觀規(guī)律 進(jìn)行研宄，進(jìn)而得出可供設(shè)計(jì)和實(shí)踐選用的各種灌漿參數(shù)。
[0026] 2.本發(fā)明的灌漿封孔止?jié){可視化實(shí)驗(yàn)裝置可用于室內(nèi)進(jìn)行現(xiàn)有封孔止?jié){方法的 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，如傳統(tǒng)孔口封閉器、漿體封閉新工藝及壓濾式孔口封閉器的實(shí)驗(yàn)?zāi)M；也可進(jìn)行 多種灌漿方式下的室內(nèi)封孔止?jié){實(shí)驗(yàn)研宄，如脈動(dòng)灌漿與穩(wěn)壓灌漿；還可實(shí)現(xiàn)灌漿封孔止 漿全過程可視化。
[0027] 總體而言，本發(fā)明的灌漿封孔止?jié){可視化實(shí)驗(yàn)裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，安裝、拆卸和 操作都非常便捷，便于清潔，成本低，實(shí)驗(yàn)方法操作簡單，分析數(shù)據(jù)可靠，能夠較好地反映工 程實(shí)踐，并為工程實(shí)踐應(yīng)用提供可靠的數(shù)據(jù)支撐和設(shè)計(jì)支持。
【附圖說明】
[0028] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明 的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù) 這些附圖獲得其他的附圖。
[0029] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例中灌漿封孔止?jié){可視化實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中單根有機(jī)玻璃短管的正視圖。
[0031] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中單根有機(jī)玻璃短管的側(cè)視圖。
[0032] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中單根有機(jī)玻璃短管的俯視圖。
[0033] 圖5為圖1中A處的局部放大圖。
[0034] 圖例說明
[0035] 1、空氣壓縮機(jī)；2、通氣軟管；3、高壓儲氣罐；4、調(diào)壓閥；5、第一閥門；6、螺桿增壓 泵；7、供漿軟管；8、第二閥門；9、高壓儲漿罐；10、氣壓表；11、泄氣閥；12、灌漿軟管；13、 可控開關(guān)；14、監(jiān)控平臺；15、圖像采集儀；16、孔口封閉器；17、孔口管；18、緊固件；19、支 撐架；20、操作平臺；21、灌漿管；22、外包管件；23、基座；24、測量工具；25、有機(jī)玻璃短管； 26、細(xì)孔。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合說明書附圖和較佳的實(shí)施例對本發(fā)明作更全 面、細(xì)致地描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于以下具體的實(shí)施例。
[0037] 需要特別說明的是，當(dāng)某一元件被描述為"固定于、固接于、連接于或連通于"另一 元件上時(shí)，它可以是直接固定、固接、連接或連通在另一元件上，也可以是通過其他中間連 接件間接固定、固接、連接或連通在另一元件上。
[0038] 除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術(shù)語與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的含義 相同。本文中所使用的專業(yè)術(shù)語只是為了描述具體實(shí)施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0039] 除非另有特別說明，本發(fā)明中用到的各種原材料、試劑、儀器和設(shè)備等均可通過市 場購買得到或者可通過現(xiàn)有方法制備得到。
[0040] 實(shí)施例：
[0041] 一種如圖1~圖5所示本發(fā)明的灌漿封孔止?jié){可視化實(shí)驗(yàn)裝置，該實(shí)驗(yàn)裝置包括 壓力供給系統(tǒng)、供漿系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和封孔止?jié){可視化系統(tǒng)；壓力供給系統(tǒng)連接供漿系統(tǒng)， 供漿系統(tǒng)連接封孔止?jié){可視化系統(tǒng)，壓力供給系統(tǒng)提供的壓力使供漿系統(tǒng)中的漿液注入到 封孔止?jié){可視化系統(tǒng)中，監(jiān)控系統(tǒng)對前述封孔止?jié){可視化系統(tǒng)的注漿過程進(jìn)行全程高清監(jiān)