[發明專利]一種采動破碎巖體水砂運移試驗系統及監測方法

有效

• 申請號: 201310728748.9
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN103808633B
• 公開（公告）日: 2016-08-31
• 發明（設計）人: 郭惟嘉;王海龍;陳紹杰;李楊楊;孫熙震;張新國;尹立明;孫文斌;劉音;陳軍濤;江寧;張保良
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N11/00
• 分類號: G01N11/00;G01N15/08
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 王連君

技術領域

本發明涉及一種采動破碎巖體水砂運移試驗系統及監測方法。?

背景技術

近年來隨著煤礦開采強度的不斷加大和開采上限的持續提高，上覆松散含水層受采動影響，含砂量較高的水砂混合物潰入井下工作面，導致造成財產損失甚至人員傷亡的地質災害時有發生，給礦井的安全生產帶來很大威脅，嚴重制約著煤炭工業的發展。1990年4月20日，瓷窯灣煤礦發生冒頂突水潰砂災害，涌水量達200m³/h，總潰砂量4000m³以上，造成一采區304m長皮帶巷被砂充填厚度達2m（巷道高4.5m），地面形成圓錐形塌坑（直徑28m，深14m），水位迅速下降，水庫干涸。1990年12月28日，瓷窯灣煤礦又發生一次冒頂突水潰砂，涌水量50m³/h，潰砂量達6000m³。1996年6月1日，扎賚諾爾鐵北礦多次放生突水潰砂，由于Ⅱ?_2a煤層頂板工作面冒頂，形成的破裂帶與第一含水層溝通，突出水砂1700m³。1989年6月22日，安徽淮北礦區百善礦666工作面因多次挑頂破壞了頂板上的強風化巖層而溝通了松散層底部的砂土，突出水砂1000m³。2002年10月31日，鄒城市橫河煤礦1931E工作面發生潰砂事故，2名人員被堵在巷道中。2002年11月10日淮北礦業集團公司桃園煤礦二采區1022?_上工作面（準備面），切眼上口發生突水、潰砂事故，死亡4人，受傷1人，直接經濟損失130多萬元，直接原因：1022_上工作面風巷布置在軟弱、松散、破碎的基巖風化帶內，切眼上口重復垮棚冒頂，高冒區形成冒落漏斗，難以形成冒落拱，致使冒落帶不斷向上發育直至第四含水層導通第四含水層，致使四含水、泥、砂、礫石潰入井下。井下工作面涌水潰砂事故的發生，不僅影響了礦井的正常生產，還威脅了工人的生命安全。?

要保證煤炭資源的穩步開發，擺脫突水潰砂災害的嚴重困擾，在水體下（包括地表水體和含水層）采煤時，防止水砂突涌，科學合理的設計開采上限，進行頂板水作用下采動覆巖空間裂隙演化規律、滲流、突涌水砂模擬，獲得工作面涌水潰砂動力機制，是亟待解決的關鍵問題之一。由于地下采掘工程隱蔽性的特點，使得采煤引起的水砂突涌的機理研究和影響因素難以借助現場觀測進行研究，室內試驗成為解決這一問題的有效手段。通過設置不同水砂混合物成分、不同水壓力、不同破碎巖體組合等試驗參數，定量化地研究水砂混合物運移及涌出的多種地質信息，獲得不同模型試驗水砂混合流運移過程中不同位置監測的水壓力變化曲線，同時分析水砂流速度與破碎巖體組合的關系，觀測水砂溢出口出砂量與時間的變化關系，對預防井下涌水潰砂災害和保證安全生產具有重大指導意義。?

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種用于采動破碎巖體水砂運移的試驗系統及監測方法，定量化地研究水砂混合物運移及涌出的多種地質信息，分析水砂流速度與破碎巖體組合的關系，獲取不同地層組合的水砂運移參數。?

為解決上述技術問題，本發明方案包括：?

一種采動破碎巖體水砂運移試驗系統，其包括支架，其中，所述支架上設置有試驗倉，所述試驗倉包括上倉體與下倉體，所述上倉體與所述下倉體通過一連接件相連接；所述上倉體設置能沿所述上倉體移動的頂板，所述頂板上均勻布置有若干個透水孔，所述頂板上設置有用于施加豎直壓力的加載液壓缸，所述頂板上設置有排水閥與進水閥；所述試驗倉內設置有隔水板承載環體，所述隔水板承載環體能沿所述試驗倉內壁移動，所述所述隔水板承載環體與所述試驗倉內壁為動密封，所述脆性環氧樹脂隔水板下方的所述下倉體內設置有豎直布置的破碎桿，所述破碎桿的尖端部與所述脆性環氧樹脂隔水板之間存在一間隙；所述下倉體底部設置有出口，所述出口下方的所述支架上設置有水砂收集裝置；所述上倉體內均勻布置有多個壓力傳感器，所述下倉體的內壁上均勻布置有多個孔隙水壓力傳感器，孔隙水壓力傳感器的端頭與所述下倉體的內壁相平；所述上倉體內鋪設有砂層，所述下倉體內鋪設有巖塊層，所述隔水板承載環體位于砂層與巖塊層之間，砂層與巖塊層形成模擬材料；隨所述頂板向下移動，使砂層帶動所述脆性環氧樹脂隔水板也向下移動，所述破碎桿的尖端部擊碎所述脆性環氧樹脂隔水板，使所述上倉體與所述下倉體相連通。?

所述的采動破碎巖體水砂運移試驗系統，其中，所述進水閥與一水壓水量雙控伺服裝置相連通，所述加載液壓缸與一位移壓力雙控伺服裝置相連接，所述水壓水量雙控伺服裝置與所述位移壓力雙控伺服裝置均與一控制中心通信連接。?