[發(fā)明專利]一種多角度可視化測量磁性砂漿封堵巖石裂隙滲流效果的裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210642271.1
• 申請(qǐng)日: 2022-06-08
• 公開（公告）號(hào): CN115165699B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉杰;蔡顯燦;石謙;莫承林;黎照;李政;郭建祥;王昊;胡源聶弘;石磊;何濤;蒲鵬宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 三峽大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N15/08
• 分類號(hào): G01N15/08;G01N13/04;G01N33/38
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務(wù)所 42103
• 代理人: 李登橋

1.一種多角度可視化測量磁性砂漿封堵巖石裂隙滲流效果的裝置，其特征在于：它包括固定裝置（12），固定裝置（12）的頂部支撐安裝有用于模擬巖石裂隙的裂隙空間模擬裝置（11）；裂隙空間模擬裝置（11）通過注水導(dǎo)管（19）與用于注水的水箱（5）相連，所述水箱（5）與加壓裝置相連；裂隙空間模擬裝置（11）的側(cè)邊設(shè)置有用于對(duì)整個(gè)試驗(yàn)過程進(jìn)行監(jiān)視的攝像機(jī)（15）；

還包括用于對(duì)裂隙空間模擬裝置（11）的裂隙進(jìn)行封堵的磁性砂漿（13）；

還包括用于將磁性砂漿（13）向裂隙空間模擬裝置（11）的裂隙進(jìn)行填充的微型注漿頭（14）；

還包括用于對(duì)注漿過程中磁性砂漿（13）進(jìn)行引導(dǎo)的磁棒（16）；

超聲波流量計(jì)傳感器（18）安裝在磁棒（16）后，用于測量被磁性砂漿（13）封堵后的水流速率；

所述注水導(dǎo)管（19）上安裝有用于測量進(jìn)水速率的霍爾水流量傳感器（4）；

所述裂隙空間模擬裝置（11）包括提供穩(wěn)定受力面的透明水晶膠模板（9）、法向應(yīng)力架（6）和應(yīng)力傳感器（7）；通過將分別復(fù)刻裂隙上下表面提供穩(wěn)定受力面的透明水晶膠模板（9）貼合并與能夠產(chǎn)生法向壓力的法向應(yīng)力架（6）安裝到一起，當(dāng)法向應(yīng)力架（6）提供法向應(yīng)力時(shí)，應(yīng)力作用將均勻分布到提供穩(wěn)定受力面的透明水晶膠模板（9）上，法向應(yīng)力通過應(yīng)力傳感器（7）測得；

所述加壓裝置包括空氣壓縮機(jī)（1），空氣壓縮機(jī)（1）通過空氣導(dǎo)管（2）與水箱（5）的頂部相連通，空氣導(dǎo)管（2）上安裝有穩(wěn)壓閥（3）；

空氣壓縮機(jī)（1）壓縮空氣并以恒定壓力穩(wěn)定輸出；

穩(wěn)壓閥（3）用來恒定壓力穩(wěn)定輸出并可以調(diào)節(jié)輸出的壓力大小；

所述法向應(yīng)力架（6）由上下各兩條鋼條圍成的口子形的形狀和4根長螺紋鋼貫穿鋼條構(gòu)成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，在鋼條和螺紋鋼連接處加上螺母進(jìn)行固定，模擬裂隙空間的裝置（11）被固定在它們圍成的長方體區(qū)域，通過調(diào)節(jié)螺母的松緊來達(dá)到可以提供法向應(yīng)力的作用，進(jìn)而給實(shí)驗(yàn)設(shè)備提供實(shí)驗(yàn)所需的穩(wěn)定法向應(yīng)力；

所述透明水晶膠模板（9）是對(duì)真實(shí)環(huán)境中裂隙的復(fù)刻，制備過程中，通過將硅膠（8）與真實(shí)環(huán)境中的裂縫表面接觸拓印，待其成型后用水晶膠翻模，水晶膠凝固后得到的就是提供穩(wěn)定受力面的透明水晶膠模板（9）；

所述微型注漿頭（14）安裝在裂隙空間模擬裝置（11）的中部邊緣保留的孔洞處；微型注漿頭（14）選用管徑為4毫米以內(nèi)的針管狀的注漿頭（20），注漿頭（20）材料的硬度較大，保證其能夠多次反復(fù)利用；注漿頭（20）與注漿導(dǎo)管（10）相連；注漿頭（20）的外側(cè)加裝一個(gè)能夠使注漿頭前后移動(dòng)的管狀通道，兩者之間通過微型滾珠（17）滾動(dòng)配合，同時(shí)保證安裝微型滾珠（17）的區(qū)域在實(shí)驗(yàn)中受到水壓力時(shí)不會(huì)出現(xiàn)滲液現(xiàn)象，注漿導(dǎo)管（10）連著盛有磁性砂漿（13）的注漿機(jī)（21）；

注漿機(jī)（21）用于將磁性砂漿（13）以不同的壓力勻速輸出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種多角度可視化測量磁性砂漿封堵巖石裂隙滲流效果的裝置，其特征在于：所述磁性砂漿（13）是由磁粉、環(huán)氧樹脂、固化劑、水泥、水和乳化瀝青組成，配比為：14:10:8.5:80:24:16。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種多角度可視化測量磁性砂漿封堵巖石裂隙滲流效果的裝置，其特征在于：所述磁棒（16）具有不同直徑、不同磁力大小的規(guī)格選用，能夠提供不同的磁力大小，也可以用電磁鐵代替，實(shí)驗(yàn)前將其安裝在裂隙空間模擬裝置（11）；

所述固定裝置（12）包含一個(gè)可調(diào)整角度的三腳架、一個(gè)平臺(tái)，兩者通過卡扣連接；將裂隙空間模擬裝置（11）通過法向應(yīng)力架（6）放在固定裝置（12）中部的空余空間中。

4.權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述多角度可視化測量磁性砂漿封堵巖石裂隙滲流效果的裝置的實(shí)驗(yàn)方法，包括以下操作步驟：

S1：裂縫板的制作：將硅膠與真實(shí)環(huán)境中的裂縫表面接觸拓印，待其成型后用水晶膠翻模，水晶膠凝固后得到的就是提供穩(wěn)定受力面的透明水晶膠模板（9），將裂縫上下表面各復(fù)刻一個(gè)板，在透明水晶膠模板（9）上部開一個(gè)孔用于安裝空氣導(dǎo)管，在透明水晶膠模板（9）側(cè)部開多個(gè)孔用于安裝磁棒（16）；

S2：裝置的安裝：將裝置的各個(gè)部件連接好，霍爾水流量傳感器（4）安裝在注液導(dǎo)管（19）上，應(yīng)力傳感器（7）的應(yīng)變片安裝在兩板之間的裂隙中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要調(diào)整安裝位置，并根據(jù)應(yīng)力傳感器的大小調(diào)整好法向應(yīng)力架（6）的應(yīng)力大小；調(diào)整好固定裝置的角度，使得與自然條件下的裂縫角度相同；將磁棒放入透明水晶膠模板（9）側(cè)部，微型注漿頭（14）安裝在透明水晶膠模板（9）縫隙處，超聲波流量計(jì)傳感器安裝在磁棒后，并將攝像機(jī)（15）就位，使得其能將整個(gè)滲流過程拍攝下來；

S3：輸入水流的控制：打開空氣壓縮機(jī)（1）的閥門，調(diào)整穩(wěn)壓閥（3）將氣壓調(diào)整到想要的數(shù)值，打開水箱（5）下部開關(guān)，釋放的壓縮的空氣，然后打開水箱閥門，使水流輸入模擬裂隙空間的裝置；

S4：漿液的調(diào)配和注入：配置好不同配比的磁性砂漿，調(diào)整好微型注漿頭的伸入深度，待水流速穩(wěn)定之后，打開注漿機(jī)，調(diào)整好注漿壓力，將配好的磁性砂漿對(duì)應(yīng)的裂縫處注入；

S5：數(shù)據(jù)的記錄和實(shí)驗(yàn)的變量控制：將法向壓力，水流的流速損失，磁性砂漿配比，實(shí)驗(yàn)時(shí)的三腳架的角度記錄下來，并通過對(duì)攝像機(jī)內(nèi)視頻逐幀的處理得到具體的某一位置滲流過程，進(jìn)而得到在裂縫滲流在有堵塞物情況下擴(kuò)散面積、液體的運(yùn)動(dòng)軌跡，封堵效果；

S6：在上一個(gè)實(shí)驗(yàn)完成之后，通過改變磁性砂漿配比，三腳架的角度，穩(wěn)壓閥的大小，還有換取另一種規(guī)格的磁棒，用多個(gè)磁棒協(xié)同作用，改變注漿頭伸出距離和注漿壓力，調(diào)整法向應(yīng)力還有實(shí)驗(yàn)角度這些變量，再保持其它操作不變進(jìn)行重復(fù)多次試驗(yàn)。