(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211256564.2 (22)申请日 2022.10.14 (71)申请人 山东科技大 学 地址 266590 山东省青岛市黄岛区前湾港 路579号 (72)发明人 刘伟韬　吴海凤　孟祥喜　赵吉园　 杜衍辉　庞立夫　韩梦珂　李耀华　 宋伟国　李浩　 (74)专利代理 机构 青岛智地领创专利代理有限 公司 37252 专利代理师 张凯 (51)Int.Cl. G01N 13/00(2006.01) G01N 13/04(2006.01) G01N 3/02(2006.01)G01N 3/08(2006.01) G01N 5/04(2006.01) (54)发明名称 一种矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验装 置及方法 (57)摘要 本发明提供了一种矿用耦合条件下岩层注 浆堵水试验装置及方法， 涉及渗透性测试技术领 域。 该装置包括溶液箱、 试验箱、 压板替换箱、 注 浆泵、 回收池和水泵， 溶液箱通过注液管与试验 箱相连， 试验箱底部与压板替换箱相连， 压板替 换箱与底板相连， 底板与控制面板相连。 利用该 装置不仅可以开展温度、 水质、 裂隙宽度、 角度及 粗糙度单因素或多因素耦合作用下注浆材料性 能影响测试， 还可以进行温度、 水质、 水压、 水流 量、 注浆压力单因素或多因素耦合作用对注浆效 果影响测试。 利用该装置可 以控制温度、 注水水 压及流量、 箱内温度、 离子溶液浓度、 淋溶面积、 注浆压力、 水压及水流量等， 为注浆材料和注浆 效果开展相关的研究提供方便 。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 115524261 A 2022.12.27 CN 115524261 A 1.一种矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验装置， 其特征在于， 包括溶液箱、 试验箱、 压 板替换箱、 注浆泵、 回收池和水泵， 所述溶液箱通过注液管与试验箱相连， 试验箱底部与压 板替换箱相连， 压板替换箱与 底板相连， 底板与控制面板相连； 所述试验箱内设置有纵向压 板、 横向压板， 以及温度传感器、 重量传感器及应力传感器； 所述试验箱底部的纵向压板上 设置有裂隙和刻度， 试验箱顶部 设置有盖板， 所述盖板上设置有多个注液孔， 一个或多个注 液孔通过注液管与溶液箱连接； 试验箱的左侧 面板设置有排水孔和多个注浆孔， 右侧 面板 设置有多个注水孔， 注水孔通过注水管与水泵相连； 所述排水孔通过排水管与回收池相连， 一个或多个注浆 孔通过注浆管与注浆泵连接 。 2.根据权利要求1所述的一种 矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验装置， 其特征在于， 所 述注浆管上安装有压力表， 所述排水管及注水管上均安装有 水压表及流量计； 所述注液管、 注浆管、 排水 管及注水 管上均安装有阀门。 3.根据权利要求1所述的一种 矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验装置， 其特征在于， 所 述纵向压板上设置有多个开孔， 开孔位置与盖板上 的注液孔位置相对； 所述盖板中部设置 有液压支 柱， 液压支 柱连接盖板和纵向压 板。 4.根据权利要求1所述的一种 矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验装置， 其特征在于， 所 述纵向压板通过滚轴旋转， 调整裂隙的宽度取值为1～3.5mm， 裂隙的角度取值为0 °～50°， 裂隙的粗 糙度系数 取值为JRC＝8～10、 14～16、 18～ 20。 5.根据权利要求1所述的一种 矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验装置， 其特征在于， 所 述重量传感器设置在试验箱底部的纵向压板的中心 位置， 所述纵向压板通过连接螺栓与可 旋转滚轴连接， 可旋转滚轴上设置有凹槽； 所述温度传感器设置在试验箱内部 。 6.根据权利要求1所述的一种 矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验装置， 其特征在于， 所 述试验箱和压 板替换箱外围包覆有保温层， 压 板替换箱上设置有箱门。 7.一种注浆材料扩散试验方法， 利用权利要求1至6任一项所述的一种 矿用耦合条件下 岩层注浆堵水 试验装置， 其特 征在于， 步骤 包括： S1.配制水泥基无机注浆 浆液， 并搅拌均匀； S2.取出试验箱内的纵向压 板， 安装不锈钢玻璃板； S3.软木塞封堵部分注浆 孔后， 利用注浆泵通过注浆管， 由注浆 孔向试验箱内注浆； S4.浆液与压 板替换箱 顶部的纵向压 板的裂隙齐平时停止注浆； S5.加热试验箱至设定的温度后， 打开排水管上的阀门， 旋转压板替换箱上方的纵向压 板， 转动至设定的角度后， 观测注浆材 料的扩散规 律； S6.打开压 板替换箱并清理纵向压 板； S7.更换压板替换箱上方的纵向压板， 设置温度、 裂 隙角度、 裂隙宽度、 裂隙粗糙度， 重 复步骤S1 ‑S6分别观测注浆材 料的扩散规 律。 8.一种注浆材料强度试验方法， 利用权利要求1至6任一项所述的一种 矿用耦合条件下 岩层注浆堵水 试验装置， 其特 征在于， 步骤 包括： S1.配制水泥基无机注浆 浆液， 并搅拌均匀； S2.设置裂隙角度、 裂隙宽度、 裂隙粗糙度， 软木塞封堵部分注浆孔后， 利用注浆泵通过 注浆管， 由注浆 孔向试验箱内分层注浆， 每层注浆完成后将其捣实； S3.注入浆液量大于试验箱容积的四分之三后停止注浆， 保持排水管和注水管上的阀权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115524261 A 2门处于关闭状态； S4.配置含有Cl‑或SO42‑的溶液， 倒入溶 液箱后记录其浓度值； S5.浆液初凝后， 软木塞封堵部分注液孔后， 打开一个或多个注液管上的阀门， 进行局 部或整体淋溶实验； S6.调整试验箱温度至设定温度后， 开启横向压 板和纵向压 板； S7.分析温度、 水质对注浆材 料强度的影响。 9.一种注浆材料抗分散性试验方法， 利用权利要求1至6任一项所述的一种矿用耦合条 件下岩层注浆堵水 试验装置， 其特 征在于， 步骤 包括： S1.配制水泥基无机注浆 浆液， 并搅拌均匀； S1.配制水泥基无机注浆 浆液， 并搅拌均匀； S2.设置裂隙角度、 裂隙宽度、 裂隙粗糙度， 软木塞封堵部分注浆孔后， 利用注浆泵通过 注浆管， 由注浆 孔向试验箱内分层注浆， 每层注浆完成后将其捣实； S3.注入浆液量大于试验箱容积的四分之三后停止注浆， 保持排水管和注水管上的阀 门处于关闭状态； S4.配置含有Cl‑或SO42‑的溶液， 倒入溶 液箱后记录其浓度值； S5.浆液初凝后记录 重量传感器的监测数值； S6.软木塞封堵部分注水孔后， 记录水压表和流量计的数值， 调整试验箱温度至设定温 度； S7.打开排水管阀门， 3 0min后记录重量传感器的监测数值； S8.计算结石留存率评价材 料的抗分散性。 10.一种矿用耦合条件下岩层注浆堵水试验方法， 利用权利要求1至6任一项所述的一 种矿用耦合条件下岩层注浆堵水 试验装置， 其特 征在于， 步骤 包括： S1.在试验箱内装 入破碎的岩石， 岩石量大于试验箱容积的四分之三； S2.配制水泥基无机注浆浆液， 并搅拌均匀,配置含有Cl ‑或SO42‑的溶液， 倒入溶液箱 后记录其浓度值； S3.打开排水管上的阀门， 设定水压后通过水泵向试验箱中注水， 保持注水管流量不 变， 控制试验箱的温度； S3.打开注液管上的阀门， 同时打开注浆管上的阀门开始注浆， 浆液注入试验箱内， 直 至排水管停止排水后， 关闭注液 管、 注浆管和注水 管上的阀门； S4.浆液凝固后开启横向压板和 纵向压板测试强度记录监测数据， 分析温度、 水质、 注 浆压力、 水压及水流 量对注浆堵水的影响。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115524261 A 3