[發(fā)明專利]立井井壁穩(wěn)定性受含水層動變影響的模擬裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510251454.0
• 申請日: 2015-05-15
• 公開（公告）號: CN104847343B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發(fā)明（設計）人: 于慶;林家興;馬金榮;陶祥令;李瀟;黃凌;劉明
• 申請（專利權）人: 中國礦業(yè)大學
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種立井井壁穩(wěn)定性受含水層動變影響的模擬裝置，包括應變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（16）、壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（17）、抽水泵（18）、支架（19）、蓄水箱（9），其特征在于：在所述的支架（19）上設有可透視的模擬箱，模擬箱內(nèi)由下而上依次設置埋置層（7）、巖層（6）、承壓含水層（5）、土層二（4）、土層一（3），所述的土層二（4）與承壓含水層（5）之間設有隔水板（11），所述的承壓含水層（5）內(nèi)設有環(huán)形補水管（12），環(huán)形補水管（12）經(jīng)連通管沿模擬箱壁伸出，與設在模擬箱上方的給水溢流箱（1）相連，含水層補給從一側、雙側或四周供水，通過內(nèi)設的環(huán)形補水管(12)，控制補給區(qū)域；給水溢流箱（1）經(jīng)連通管與抽水泵（18）的出水口相連，抽水泵（18）的入水口經(jīng)連通管伸入蓄水箱（9）內(nèi)；所述模擬箱的中部設有由上而下深入巖層（6）內(nèi)的模擬井筒（10），在位于承壓含水層（5）的底部設有壓力傳感器（8），并在承壓含水層（5）內(nèi)的模擬井筒（10）的內(nèi)壁上設置應變片（13），所述應變片（13）經(jīng)導線（15）與應變數(shù)據(jù)采集系（16）相連，所述的壓力傳感器（8）經(jīng)導線（15）與壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（17）相連，模擬箱的下部設有出水口，出水口處設有排水閥門（14），出水口經(jīng)出水管連接至蓄水箱（9）內(nèi)。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種立井井壁穩(wěn)定性受含水層動變影響的模擬裝置，其特征在于：所述的蓄水箱（9）設在支架（19）內(nèi)或支架（19）外側。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種立井井壁穩(wěn)定性受含水層動變影響的模擬裝置，其特征在于：所述的模擬井筒（10）上設有由加壓設備控制的加壓塊（2）。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種立井井壁穩(wěn)定性受含水層動變影響的模擬裝置，其特征在于：所述模擬箱下部的出水口為兩個，位于巖層（6）位置處的箱壁兩側，成對角分布。

5.一種使用權利要求1所述裝置的立井井壁穩(wěn)定性受含水層動變影響的模擬方法，其特征在于包括如下步驟：

1）組合可透視的模擬箱，制備相似材料；

2）在模擬箱底部填筑埋置層（7），內(nèi)埋設排水管，排水管一端內(nèi)接模擬箱的排水口，另一端上接將要填筑的承壓含水層（5）；

3）在埋置層（7）上方先填筑相似材料的巖層（6），在巖層（6）中軸線位置處埋置相似比模擬井筒（10），并在模擬井筒（10）內(nèi)壁粘貼環(huán)形應變片（13），環(huán)形應變片（13）通過導線（15）從模擬井筒（10）內(nèi)壁引出并固定于外部支架上，與應變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（16）連接，在巖層（6）上部靠近模擬井筒（10）位置處埋設壓力傳感器（8），通過導線（15）引出并固定于外部支架上，與壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（17）連接；

4）在巖層（6）的上方進行注水填筑承壓含水層（5），并在承壓含水層（5）上部安裝環(huán)形補水管（12），環(huán)形補水管（12）的入口經(jīng)連通管引出并與固定在模擬箱上方的給水溢流箱（1）連接，通過給水溢流箱（1）來補給承壓含水層（5）水源，在承壓含水層（5）上方放置隔水板（12）來保持含水層的密封性和獨立性；

5）在隔水板（12）的上方繼續(xù)填筑相似材料土層二（4）、土層一（3）直至達到模擬箱高度，分層壓實并保持立井模擬井筒（10）的豎直；

6）通過加壓設備控制加壓塊（2）向巖土層模型施加作用力，模擬地層上覆巖受力條件；

7）打開排水閥門（14）進行排水，通過控制排水閥門（14）流量的大或小來控制出水口的流速，同時通過應變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（16）記錄排水過程中的井筒（10）內(nèi)的應變量，壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（17）記錄排水過程中承壓含水層（5）水壓的變化量；

8）當承壓含水層（5）的排水結束以后，對采集到的數(shù)據(jù)進行定量分析，得出立井井壁穩(wěn)定性受含水層動變影響的模擬情況；

9）再次進行試驗時，通過抽水泵（18）將排入蓄水箱（9）中的水再抽入給水溢流箱（1）中，通過連通管進入環(huán)形補水管（12）再次對承壓含水層（5）注水，重復步驟6、7、8，完成再次試驗。

6.根據(jù)權利要求5所述的立井井壁穩(wěn)定性受含水層動變影響的模擬方法，其特征在于：所述的土層二（4）采用粒徑為0.5mm~2mm的粗砂層，土層一（3）采用粒徑為0.25mm~0.5mm的細、中砂層，厚度分別為150mm。

7.根據(jù)權利要求5所述的立井井壁穩(wěn)定性受含水層動變影響的模擬方法，其特征在于：所述的承壓含水層（5）厚度為300mm。