一种机械排渣抽采钻孔注浆封孔过程物理模拟装置的制作方法

本技术属于模拟瓦斯抽采，具体涉及一种机械排渣抽采钻孔注浆封孔过程物理模拟装置。

背景技术：

1、钻孔瓦斯抽采是当前我国高瓦斯矿井、突出矿井有效降低煤层瓦斯含量，预防煤与瓦斯突出事故的关键措施。根据煤矿井下瓦斯抽采现场实际及需求，持续优化钻孔密封工艺及密封材料，是有效提高钻孔密封质量，提升瓦斯抽采浓度，保障煤层瓦斯抽采达标的重要环节。目前，许多矿井进行抽采钻孔封孔过程中采用囊袋封孔器为堵头，中间注浆的“两堵一注”式封孔工艺。囊袋封孔器在封孔时需要向囊袋内部注入浆液并保持一定的压力使其膨胀贴合钻孔孔壁起到封堵的作用，进而保障中间段可以有效带压注浆。因此，囊袋封孔器与钻孔孔壁的贴合紧密程度是保障带压注浆过程浆液向钻孔围岩裂隙有效径向渗透扩散，保障高质量密封的关键之一。同时，浆液沿钻孔径向渗透扩散的范围也是有效封堵钻孔围岩裂隙等漏气通道的关键。

2、目前，煤矿在施工瓦斯抽采钻孔时多采用水力排渣和机械排渣两种方式，两种方式都能高效的排出钻屑。但是，由于机械排渣的钻孔孔壁不是绝对平整光滑界面，与水力排渣相比更容易在钻孔孔壁残留细碎的钻屑，增大了孔壁界面的比表面积。孔壁表面残留的钻屑会在囊袋封孔器与煤壁之间形成一层“隔离层”，造成囊袋封孔器与煤壁之间的假性贴合，钻屑颗粒间空隙与煤体微裂隙联通形成隐蔽且微小的漏气通道。随着抽采时间的延长，微小漏气通道所产生的漏气效应会逐渐被放大，进而影响最终的抽采效果。另外，在注浆过程中，煤粉的混入会降低浆液与煤界面的润湿性，导致掺混煤粉颗粒后浆液的流动性降低，进而导致浆液渗透半径减小，减弱了带压注浆过程对钻孔围岩裂隙的封堵深度，封孔质量降低。

3、为了提高机械排渣钻孔注浆封孔的质量，需要对注浆材料和工艺进行优化，并通过实验验证封堵效果。目前，瓦斯抽采钻孔及注浆封孔的试验大都是在井下现场开展，在地面实验室进行初步模拟验证的较少。考虑到井下试验所消耗的人力和物力成本较大，且不能保证达成目标试验效果；另外，井下施工预抽钻孔成本较高，试验效果不佳既浪费了井下钻孔又影响了实际整体预抽效果。因此，有必要设计一种机械排渣抽采钻孔注浆封孔过程物理模拟装置，厘清煤粉对囊袋封堵和浆液扩散特性的具体影响特征，为持续改善和优化钻孔密封工艺提供可靠的数据支撑和试验基础。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种机械排渣抽采钻孔注浆封孔过程物理模拟装置，以模拟井下瓦斯抽采钻孔注浆封孔过程，实现浆液扩散与渗透能力的可视化表征。

2、为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

3、一种机械排渣抽采钻孔注浆封孔过程物理模拟装置，包括：

4、箱体；

5、填充物，设置于箱体内部，填充物用于模拟煤层；

6、支撑管，由透明材料制成，设置于填充物内部，支撑管用于模拟钻孔，支撑管管壁上设置有多个渗透缝隙；其中，在填充物中沿支撑管的轴向设置有多组模拟裂隙；

7、第一囊袋封孔器，设置于支撑管的内端；

8、第二囊袋封孔器，设置于支撑管的外端；

9、第一注浆管，依次连通第一囊袋封孔器和第二囊袋封孔器，且第一注浆管上于第一囊袋封孔器和第二囊袋封孔器之间的位置设置有爆破阀；

10、注浆泵，其浆液输出管路能连接第一注浆管；

11、抽采管，设置于支撑管内且抽采管依次穿过第二囊袋封孔器和第一囊袋封孔器。

12、进一步的，所述箱体包括箱体本体和端盖，箱体本体与端盖之间通过螺栓连接。

13、进一步的，所述箱体的底部两端均设置有升降架，升降架的伸缩端连接箱体，升降架的固定端设置于地面上。

14、进一步的，所述填充物是采用颗粒煤、水泥、水和煤油按照设定比例制成的。

15、进一步的，所述支撑管由有机玻璃制成。

16、进一步的，支撑管管壁上的每个渗透缝隙均呈长条形，且每个渗透缝隙均沿支撑管的轴向伸展。

17、进一步的，所述每组模拟裂隙包括多个模拟裂隙，多个模拟裂隙沿支撑管的径向伸展设置。

18、进一步的，浆液输出管路经快速接头与第一注浆管连接。

19、进一步的，所述浆液输出管路上设置有压力表。

20、进一步的，还包括第二注浆管；

21、第二注浆管的一端设置于第一囊袋封孔器和第二囊袋封孔器之间，且第二注浆管的一端设置有单向阀；

22、第二注浆管的另一端引至箱体外，且浆液输出管路能连接第二注浆管的另一端。

23、本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：

24、（1）该装置可以实现对井下瓦斯抽采钻孔密封工艺全流程的实验室模拟，具体可开展不同钻孔孔径、不同钻孔倾角、不同封孔工艺的钻孔注浆封孔试验。在试验过程中可以有效评估囊袋封孔器的承压能力和封堵效果，检验爆破阀的稳定性和优化爆破压力。

25、（2）该装置可以实现钻孔密封带压注浆过程，通过对注浆封孔一定时间后模拟煤层的切割面观测，直观地表征出不同钻孔密封材料的固结状态、渗透半径、与裂隙壁面的粘结状态等特征，实现对钻孔密封材料实际渗透性、粘结强度、耐久性和自适应能力等具体性能的实验室评估，进而为钻孔密封材料的优化提供数据支撑。

26、（3）该装置可以通过第二注浆管在实验室开展带压二次注浆或二次补浆，获取二次注浆或二次补浆后浆液对钻孔围岩裂隙的封堵效果，实现对二次注浆或二次补浆提升封孔效果的可行性试验，为钻孔密封工艺的优化提供有力支撑。

1.一种机械排渣抽采钻孔注浆封孔过程物理模拟装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种机械排渣抽采钻孔注浆封孔过程物理模拟装置，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的一种机械排渣抽采钻孔注浆封孔过程物理模拟装置，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的一种机械排渣抽采钻孔注浆封孔过程物理模拟装置，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的一种机械排渣抽采钻孔注浆封孔过程物理模拟装置，其特征在于，

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9.根据权利要求1所述的一种机械排渣抽采钻孔注浆封孔过程物理模拟装置，其特征在于，

10.根据权利要求1所述的一种机械排渣抽采钻孔注浆封孔过程物理模拟装置，其特征在于，