一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法与流程

1.本发明涉及一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，属于采矿技术领域。


背景技术：

2.垮落带内低位灌浆充填是将管道提前布置到回采巷实体煤帮侧，待采煤工作面推进一定距离后，其工作面后方形成采空区垮落带时，利用注浆泵通过提前布置的管道将矸石浆体输送至垮落带岩块间空隙，进而实现处理煤矸石的绿色排放。然而由于低位灌浆充填区域位于工作面后方的采空区垮落带，属于隐蔽工程，其矸石浆体在垮落带内的流动规律及堆积形态无法观察与测量，因此，需要一种可以直观体现矸石浆体在垮落带岩块间空隙内的流动规律及堆积形态的相似模拟方法，进而为低位灌浆充填参数的确定提供有力依据。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于，提供一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，本发明以实现直观高效的确定矸石浆体在垮落带内的流动规律及堆积形态，为低位灌浆充填参数的确定提供有力依据。
4.为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，包括以下步骤：
5.s1，依据井下回采工作面的走向坡度和倾向坡度修整模拟垮落带场地地形；
6.s2，洗选矸石，制作矸石浆体；
7.s3，将制成的矸石浆体连续运输到模拟垮落带场地；
8.s4，灌浆充填，监测矸石浆体在模拟垮落带场地内不同位置的分布形态，进而确定浆体在模拟垮落带场地内的扩散规律。
9.前述的一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，所述s1步骤中，修整模拟垮落带场地地形，在地面按照1:0.5～1.5的比例利用矸石模拟堆积回采巷侧垮落带的形态；利用模板在模拟垮落带场地四周修砌挡墙。
10.前述的一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，所述模板采用透明防腐蚀材质，模板内侧安装有注浆管，注浆管可拆卸的安装于模板内侧。
11.前述的一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，所述模拟垮落带场地呈阶梯型，倾向长度取30～70m，走向长度取60～140m，第一阶梯高度取0.6～1.4m，第二阶梯高度取1.5～3.5m。
12.前述的一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，所述注浆管安装位置为靠近第一阶梯侧的模板内侧，安装的位置高度为0.6～1.4m。
13.前述的一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，所述s2步骤中，将洗选后的矸石破碎成颗粒状，再加水、添加剂及示踪剂在混凝土搅拌站制成矸石浆体。
14.前述的一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，所述洗选后的矸石破碎粒度小于3mm，矸石浆体的质量浓度为50～80％。
15.前述的一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，所述s3步骤中，通过混凝土罐车将制成的矸石浆体连续运输到模拟垮落带场地后，再利用泵车将混凝土罐车内的矸石浆体通过管道泵输送至注浆管内，然后注浆管将矸石浆体输送至模拟垮落带内进行低位灌浆充填。
16.前述的一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，所述s4步骤中，完成灌浆后，模拟垮落带场地内的矸石浆体由上向下逐层抛开，依据示踪剂测量矸石浆体在模拟垮落带场地内不同位置的分布形态，进而确定浆体在模拟垮落带场地内的扩散规律。
17.前述的一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，所述s4步骤中，模拟试验中，需要持续运转灌浆，且泵压基本保持一致。
18.与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
19.1、本发明利用矸石在地面按照一定的比例模拟堆积回采巷侧垮落带的形态，通过泵车泵送浆体模拟注浆泵泵送浆体，使得垮落带低位灌浆充填由隐蔽工程显现，实现垮落带矸石浆体流动规律的肉眼观测于实际测量；
20.2、本发明操作简单，实现难度小，能真实直观的反映现场低位灌浆充填过程中矸石浆体在垮落带内的流动规律及堆积形态，并对低位灌浆步距确定、浆体配比参数和充填能力的确定有重要的参考价值，能够确定合理的灌浆步距和浆体参数配比，有效解决充填能力无法确定的难题。
附图说明
21.图1是本发明井下垮落带矸石浆体流动规律试验的平面示意图。
22.附图标记：1-模拟垮落带场地，2-第一阶梯，3-第二阶梯，4-模板，5-注浆管，6-混凝土罐车，7-矸石浆体，8-泵车。
23.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
24.本发明的实施例1：一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，包括以下步骤：
25.s1，依据井下回采工作面的走向坡度和倾向坡度修整模拟垮落带场地地形；
26.s2，洗选矸石，制作矸石浆体；
27.s3，将制成的矸石浆体连续运输到模拟垮落带场地；
28.s4，灌浆充填，监测矸石浆体在模拟垮落带场地内不同位置的分布形态，进而确定浆体在模拟垮落带场地内的扩散规律。
29.本发明的实施例2：一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，包括以下步骤：
30.s1，依据井下回采工作面的走向坡度和倾向坡度修整模拟垮落带场地地形：修整模拟垮落带场地地形，在地面按照1:0.5～1.5的比例利用矸石模拟堆积回采巷侧垮落带的形态；利用模板在模拟垮落带场地四周修砌挡墙；
31.s2，洗选矸石，制作矸石浆体；
32.s3，将制成的矸石浆体连续运输到模拟垮落带场地；
33.s4，灌浆充填，监测矸石浆体在模拟垮落带场地内不同位置的分布形态，进而确定浆体在模拟垮落带场地内的扩散规律。
34.本发明的实施例3：一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，包括以下步骤：
35.s1，依据井下回采工作面的走向坡度和倾向坡度修整模拟垮落带场地地形：修整模拟垮落带场地地形，在地面按照1:0.5～1.5的比例利用矸石模拟堆积回采巷侧垮落带的形态；利用模板在模拟垮落带场地四周修砌挡墙；所述模板采用透明防腐蚀材质，模板内侧安装有注浆管，注浆管可拆卸的安装于模板内侧；
36.s2，洗选矸石，制作矸石浆体；
37.s3，将制成的矸石浆体连续运输到模拟垮落带场地；
38.s4，灌浆充填，监测矸石浆体在模拟垮落带场地内不同位置的分布形态，进而确定浆体在模拟垮落带场地内的扩散规律。
39.本发明的实施例4：一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，包括以下步骤：
40.s1，依据井下回采工作面的走向坡度和倾向坡度修整模拟垮落带场地地形：修整模拟垮落带场地地形，在地面按照1:0.5～1.5的比例利用矸石模拟堆积回采巷侧垮落带的形态；利用模板在模拟垮落带场地四周修砌挡墙；所述模板采用透明防腐蚀材质，模板内侧安装有注浆管，注浆管可拆卸的安装于模板内侧；所述模拟垮落带场地呈阶梯型，倾向长度取30～70m，走向长度取60～140m，第一阶梯高度取0.6～1.4m，第二阶梯高度取1.5～3.5m；
41.s2，洗选矸石，制作矸石浆体；
42.s3，将制成的矸石浆体连续运输到模拟垮落带场地；
43.s4，灌浆充填，监测矸石浆体在模拟垮落带场地内不同位置的分布形态，进而确定浆体在模拟垮落带场地内的扩散规律。
44.本发明的实施例5：一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，包括以下步骤：
45.s1，依据井下回采工作面的走向坡度和倾向坡度修整模拟垮落带场地地形：修整模拟垮落带场地地形，在地面按照1:0.5～1.5的比例利用矸石模拟堆积回采巷侧垮落带的形态；利用模板在模拟垮落带场地四周修砌挡墙；所述模板采用透明防腐蚀材质，模板内侧安装有注浆管，注浆管可拆卸的安装于模板内侧；所述模拟垮落带场地呈阶梯型，倾向长度取30～70m，走向长度取60～140m，第一阶梯高度取0.6～1.4m，第二阶梯高度取1.5～3.5m；所述注浆管安装位置为靠近第一阶梯侧的模板内侧，安装的位置高度为0.6～1.4m；
46.s2，洗选矸石，制作矸石浆体；
47.s3，将制成的矸石浆体连续运输到模拟垮落带场地；
48.s4，灌浆充填，监测矸石浆体在模拟垮落带场地内不同位置的分布形态，进而确定浆体在模拟垮落带场地内的扩散规律。
49.本发明的实施例6：一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，包括以下步骤：
50.s1，依据井下回采工作面的走向坡度和倾向坡度修整模拟垮落带场地地形：修整模拟垮落带场地地形，在地面按照1:0.5～1.5的比例利用矸石模拟堆积回采巷侧垮落带的形态；利用模板在模拟垮落带场地四周修砌挡墙；所述模板采用透明防腐蚀材质，模板内侧安装有注浆管，注浆管可拆卸的安装于模板内侧；所述模拟垮落带场地呈阶梯型，倾向长度取30～70m，走向长度取60～140m，第一阶梯高度取0.6～1.4m，第二阶梯高度取1.5～3.5m；所述注浆管安装位置为靠近第一阶梯侧的模板内侧，安装的位置高度为0.6～1.4m；
51.s2，洗选矸石，制作矸石浆体：将洗选后的矸石破碎成颗粒状，再加水、添加剂及示踪剂在混凝土搅拌站制成矸石浆体；
52.s3，将制成的矸石浆体连续运输到模拟垮落带场地；
53.s4，灌浆充填，监测矸石浆体在模拟垮落带场地内不同位置的分布形态，进而确定浆体在模拟垮落带场地内的扩散规律。
54.本发明的实施例7：一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，包括以下步骤：
55.s1，依据井下回采工作面的走向坡度和倾向坡度修整模拟垮落带场地地形：修整模拟垮落带场地地形，在地面按照1:0.5～1.5的比例利用矸石模拟堆积回采巷侧垮落带的形态；利用模板在模拟垮落带场地四周修砌挡墙；所述模板采用透明防腐蚀材质，模板内侧安装有注浆管，注浆管可拆卸的安装于模板内侧；所述模拟垮落带场地呈阶梯型，倾向长度取30～70m，走向长度取60～140m，第一阶梯高度取0.6～1.4m，第二阶梯高度取1.5～3.5m；所述注浆管安装位置为靠近第一阶梯侧的模板内侧，安装的位置高度为0.6～1.4m；
56.s2，洗选矸石，制作矸石浆体：将洗选后的矸石破碎成颗粒状，再加水、添加剂及示踪剂在混凝土搅拌站制成矸石浆体；所述洗选后的矸石破碎粒度小于3mm，矸石浆体的质量浓度为50～80％；
57.s3，将制成的矸石浆体连续运输到模拟垮落带场地；
58.s4，灌浆充填，监测矸石浆体在模拟垮落带场地内不同位置的分布形态，进而确定浆体在模拟垮落带场地内的扩散规律。
59.本发明的实施例8：一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，包括以下步骤：
60.s1，依据井下回采工作面的走向坡度和倾向坡度修整模拟垮落带场地地形：修整模拟垮落带场地地形，在地面按照1:0.5～1.5的比例利用矸石模拟堆积回采巷侧垮落带的形态；利用模板在模拟垮落带场地四周修砌挡墙；所述模板采用透明防腐蚀材质，模板内侧安装有注浆管，注浆管可拆卸的安装于模板内侧；所述模拟垮落带场地呈阶梯型，倾向长度取30～70m，走向长度取60～140m，第一阶梯高度取0.6～1.4m，第二阶梯高度取1.5～3.5m；所述注浆管安装位置为靠近第一阶梯侧的模板内侧，安装的位置高度为0.6～1.4m；
61.s2，洗选矸石，制作矸石浆体：将洗选后的矸石破碎成颗粒状，再加水、添加剂及示踪剂在混凝土搅拌站制成矸石浆体；所述洗选后的矸石破碎粒度小于3mm，矸石浆体的质量浓度为50～80％；
62.s3，将制成的矸石浆体连续运输到模拟垮落带场地：通过混凝土罐车将制成的矸石浆体连续运输到模拟垮落带场地后，再利用泵车将混凝土罐车内的矸石浆体通过管道泵输送至注浆管内，然后注浆管将矸石浆体输送至模拟垮落带内进行低位灌浆充填；
63.s4，灌浆充填，监测矸石浆体在模拟垮落带场地内不同位置的分布形态，进而确定浆体在模拟垮落带场地内的扩散规律。
64.本发明的实施例9：一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，包括以下步骤：
65.s1，依据井下回采工作面的走向坡度和倾向坡度修整模拟垮落带场地地形：修整模拟垮落带场地地形，在地面按照1:0.5～1.5的比例利用矸石模拟堆积回采巷侧垮落带的形态；利用模板在模拟垮落带场地四周修砌挡墙；所述模板采用透明防腐蚀材质，模板内侧安装有注浆管，注浆管可拆卸的安装于模板内侧；所述模拟垮落带场地呈阶梯型，倾向长度取30～70m，走向长度取60～140m，第一阶梯高度取0.6～1.4m，第二阶梯高度取1.5～3.5m；所述注浆管安装位置为靠近第一阶梯侧的模板内侧，安装的位置高度为0.6～1.4m，注浆管的型号为φ133
×
12mm；
66.s2，洗选矸石，制作矸石浆体：将洗选后的矸石破碎成颗粒状，再加水、添加剂及示踪剂在混凝土搅拌站制成矸石浆体；所述洗选后的矸石破碎粒度小于3mm，矸石浆体的质量浓度为50～80％；
67.s3，将制成的矸石浆体连续运输到模拟垮落带场地：通过混凝土罐车将制成的矸石浆体连续运输到模拟垮落带场地后，再利用泵车将混凝土罐车内的矸石浆体通过管道泵输送至注浆管内，然后注浆管将矸石浆体输送至模拟垮落带内进行低位灌浆充填；
68.s4，灌浆充填：完成灌浆后，模拟垮落带场地内的矸石浆体由上向下逐层抛开，依据示踪剂测量矸石浆体在模拟垮落带场地内不同位置的分布形态，进而确定浆体在模拟垮落带场地内的扩散规律。
69.本发明的实施例10：一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，包括以下步骤：
70.s1，依据井下回采工作面的走向坡度和倾向坡度修整模拟垮落带场地地形：修整模拟垮落带场地地形，在地面按照1:0.5～1.5的比例利用矸石模拟堆积回采巷侧垮落带的形态；利用模板在模拟垮落带场地四周修砌挡墙；所述模板采用透明防腐蚀材质，模板内侧安装有注浆管，注浆管可拆卸的安装于模板内侧；所述模拟垮落带场地呈阶梯型，倾向长度取30～70m，走向长度取60～140m，第一阶梯高度取0.6～1.4m，第二阶梯高度取1.5～3.5m；所述注浆管安装位置为靠近第一阶梯侧的模板内侧，安装的位置高度为0.6～1.4m，注浆管的型号为φ133
×
12mm；
71.s2，洗选矸石，制作矸石浆体：将洗选后的矸石破碎成颗粒状，再加水、添加剂及示踪剂在混凝土搅拌站制成矸石浆体；所述洗选后的矸石破碎粒度小于3mm，矸石浆体的质量浓度为50～80％；
72.s3，将制成的矸石浆体连续运输到模拟垮落带场地：通过混凝土罐车将制成的矸石浆体连续运输到模拟垮落带场地后，再利用泵车将混凝土罐车内的矸石浆体通过管道泵输送至注浆管内，然后注浆管将矸石浆体输送至模拟垮落带内进行低位灌浆充填；
73.s4，灌浆充填：完成灌浆后，模拟垮落带场地内的矸石浆体由上向下逐层抛开，依据示踪剂测量矸石浆体在模拟垮落带场地内不同位置的分布形态，进而确定浆体在模拟垮落带场地内的扩散规律；模拟试验中，需要持续运转灌浆，且泵压基本保持一致。
74.本发明的实施例11：一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，包括以
下步骤：
75.s1，依据井下回采工作面的走向坡度和倾向坡度修整模拟垮落带场地地形：修整模拟垮落带场地地形，在地面按照1:0.5的比例利用矸石模拟堆积回采巷侧垮落带的形态；利用模板在模拟垮落带场地四周修砌挡墙；所述模板采用亚克力板，模板内侧安装有注浆管，注浆管采用管卡连接的方式安装于模板内侧；所述模拟垮落带场地呈阶梯型，倾向长度取30m，走向长度取60m，第一阶梯高度取0.6m，第二阶梯高度取1.5m；所述注浆管安装位置为靠近第一阶梯侧的模板内侧，安装的位置高度为0.6m，注浆管的型号为φ133
×
12mm；
76.s2，洗选矸石，制作矸石浆体：将洗选后的矸石破碎成颗粒状，再加水、添加剂及示踪剂在混凝土搅拌站制成矸石浆体；所述洗选后的矸石破碎粒度为1mm，矸石浆体的质量浓度为50％；
77.s3，将制成的矸石浆体连续运输到模拟垮落带场地：通过混凝土罐车将制成的矸石浆体连续运输到模拟垮落带场地后，再利用泵车将混凝土罐车内的矸石浆体通过管道泵输送至注浆管内，然后注浆管将矸石浆体输送至模拟垮落带内进行低位灌浆充填；
78.s4，灌浆充填：完成灌浆后，模拟垮落带场地内的矸石浆体由上向下逐层抛开，依据示踪剂测量矸石浆体在模拟垮落带场地内不同位置的分布形态，进而确定浆体在模拟垮落带场地内的扩散规律；模拟试验中，需要持续运转灌浆，且泵压基本保持一致。
79.本发明的实施例12：一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，包括以下步骤：
80.s1，依据井下回采工作面的走向坡度和倾向坡度修整模拟垮落带场地地形：修整模拟垮落带场地地形，在地面按照1:1的比例利用矸石模拟堆积回采巷侧垮落带的形态；利用模板在模拟垮落带场地四周修砌挡墙；所述模板采用聚碳酸酯(pc)材质，模板内侧安装有注浆管，注浆管可拆卸的安装于模板内侧；所述模拟垮落带场地呈阶梯型，倾向长度取50m，走向长度取100m，第一阶梯高度取1m，第二阶梯高度取2.5m；所述注浆管安装位置为靠近第一阶梯侧的模板内侧，安装的位置高度为1m，注浆管的型号为φ133
×
12mm；
81.s2，洗选矸石，制作矸石浆体：将洗选后的矸石破碎成颗粒状，再加水、添加剂及示踪剂在混凝土搅拌站制成矸石浆体；所述洗选后的矸石破碎粒度为2mm，矸石浆体的质量浓度为65％；
82.s3，将制成的矸石浆体连续运输到模拟垮落带场地：通过混凝土罐车将制成的矸石浆体连续运输到模拟垮落带场地后，再利用泵车将混凝土罐车内的矸石浆体通过管道泵输送至注浆管内，然后注浆管将矸石浆体输送至模拟垮落带内进行低位灌浆充填；
83.s4，灌浆充填：完成灌浆后，模拟垮落带场地内的矸石浆体由上向下逐层抛开，依据示踪剂测量矸石浆体在模拟垮落带场地内不同位置的分布形态，进而确定浆体在模拟垮落带场地内的扩散规律；模拟试验中，需要持续运转灌浆，且泵压基本保持一致。
84.本发明的实施例13：一种模拟井下垮落带矸石浆体流动规律的试验方法，包括以下步骤：
85.s1，依据井下回采工作面的走向坡度和倾向坡度修整模拟垮落带场地地形：修整模拟垮落带场地地形，在地面按照1:1.5的比例利用矸石模拟堆积回采巷侧垮落带的形态；利用模板在模拟垮落带场地四周修砌挡墙；所述模板采用聚丙烯(pp)材质，模板内侧安装有注浆管，注浆管可拆卸的安装于模板内侧；所述模拟垮落带场地呈阶梯型，倾向长度取
70m，走向长度取140m，第一阶梯高度取1.4m，第二阶梯高度取3.5m；所述注浆管安装位置为靠近第一阶梯侧的模板内侧，安装的位置高度为1.4m，注浆管的型号为φ133
×
12mm；
86.s2，洗选矸石，制作矸石浆体：将洗选后的矸石破碎成颗粒状，再加水、添加剂及示踪剂在混凝土搅拌站制成矸石浆体；所述洗选后的矸石破碎粒度为2.5mm，矸石浆体的质量浓度为80％；
87.s3，将制成的矸石浆体连续运输到模拟垮落带场地：通过混凝土罐车将制成的矸石浆体连续运输到模拟垮落带场地后，再利用泵车将混凝土罐车内的矸石浆体通过管道泵输送至注浆管内，然后注浆管将矸石浆体输送至模拟垮落带内进行低位灌浆充填；
88.s4，灌浆充填：完成灌浆后，模拟垮落带场地内的矸石浆体由上向下逐层抛开，依据示踪剂测量矸石浆体在模拟垮落带场地内不同位置的分布形态，进而确定浆体在模拟垮落带场地内的扩散规律；模拟试验中，需要持续运转灌浆，且泵压基本保持一致。
89.本发明的一种实施例的工作原理：本发明工作时，首先，依据井下回采工作面的走向坡度和倾向坡度修整模拟垮落带场地地形：修整模拟垮落带场地地形，在地面按照1:1.5的比例利用矸石模拟堆积回采巷侧垮落带的形态；利用模板在模拟垮落带场地四周修砌挡墙；所述模板采用聚丙烯(pp)材质，模板内侧安装有注浆管，注浆管可拆卸的安装于模板内侧；所述模拟垮落带场地呈阶梯型，倾向长度取70m，走向长度取140m，第一阶梯高度取1.4m，第二阶梯高度取3.5m；所述注浆管安装位置为靠近第一阶梯侧的模板内侧，安装的位置高度为1.4m，注浆管的型号为φ133
×
12mm；接着，洗选矸石，制作矸石浆体：将洗选后的矸石破碎成颗粒状，再加水、添加剂及示踪剂在混凝土搅拌站制成矸石浆体；所述洗选后的矸石破碎粒度为2.5mm，矸石浆体的质量浓度为80％；然后，将制成的矸石浆体连续运输到模拟垮落带场地：通过混凝土罐车将制成的矸石浆体连续运输到模拟垮落带场地后，再利用泵车将混凝土罐车内的矸石浆体通过管道泵输送至注浆管内，然后注浆管将矸石浆体输送至模拟垮落带内进行低位灌浆充填；最后，灌浆充填：完成灌浆后，模拟垮落带场地内的矸石浆体由上向下逐层抛开，依据示踪剂测量矸石浆体在模拟垮落带场地内不同位置的分布形态，进而确定浆体在模拟垮落带场地内的扩散规律；模拟试验中，需要持续运转灌浆，且泵压基本保持一致。