[發明專利]一種鄰近承壓含水層開采巖層移動實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201510937198.0
• 申請日: 2015-12-11
• 公開（公告）號: CN105372090A
• 公開（公告）日: 2016-03-02
• 發明（設計）人: 李志華;華心祝;楊科;張山松;沈永亮
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 北京雙收知識產權代理有限公司 11241
• 代理人: 周小麗

1.一種鄰近承壓含水層開采巖層移動實驗裝置，其特征在于：包括內裝有 模擬煤巖層的模擬架(1)和埋設于所述模擬架(1)上部的模擬巖層(9)中的 若干個承壓含水層模擬裝置，若干個所述承壓含水層模擬裝置沿所述模擬架(1) 長度方向依次排列布置，所述承壓含水層模擬裝置包括底座(2)、頂梁(3)、輕 型液壓油缸(4)、兩根支撐桿(5)、高壓油管(7)、液壓泵(8)、應力傳感器(10)、 數據線(11)和數據采集器(12)，兩根所述支撐桿(5)分別設置于所述輕型液 壓油缸(4)的兩側，所述輕型液壓油缸(4)包括活塞桿(41)、缸筒(42)和 后法蘭(43)，所述后法蘭(43)與所述缸筒(42)的下端固定連接，所述后法 蘭(43)固定在所述底座(2)上，所述高壓油管(7)的一端與所述輕型液壓油 缸(4)相連，另一端伸出所述模擬架(1)外與所述液壓泵(8)連接，所述液 壓泵(8)出口處設有單向閥(81)和壓力表(82)，所述應力傳感器(10)設置 于所述活塞桿(41)的上端，通過所述數據線(11)將所述應力傳感器(10)與 所述數據采集器(12)相連，所述支撐桿(5)的最小高度大于所述輕型液壓油 缸(4)的最小高度，相鄰所述承壓含水層模擬裝置的所述底座(2)的端部相接 觸，相鄰所述承壓含水層模擬裝置的所述頂梁(3)的端部相接觸。

2.根據權利要求1所述的鄰近承壓含水層開采巖層移動實驗裝置，其特征 在于：所述支撐桿(5)包括內管(51)和外管(52)，所述內管(51)的上端固 定在所述頂梁(3)的下表面，所述外管(52)的下端固定在所述底座(2)的上 表面，所述外管(52)的內徑略大于所述內管(51)的外徑，所述內管(51)的 下端能沿所述外管(52)的內壁上下滑動。

3.根據權利要求1所述的鄰近承壓含水層開采巖層移動實驗裝置，其特征 在于：所述輕型液壓油缸(4)的工作壓力為0.3～7.0MPa，高度為120～195mm。

4.根據權利要求1所述的鄰近承壓含水層開采巖層移動實驗裝置，其特征 在于：所述頂梁(3)和所述底座(2)的長度均與所述模擬架(1)的寬度H相 等。

5.根據權利要求1所述的鄰近承壓含水層開采巖層移動實驗裝置，其特征 在于：所述頂梁(3)和所述底座(2)的寬度小于50mm。

6.根據權利要求1所述的鄰近承壓含水層開采巖層移動實驗裝置，其特征 在于：所述內管(51)的外徑為20mm，內管(51)的高為125mm，外管(52) 的高為120mm。

7.根據權利要求1所述的鄰近承壓含水層開采巖層移動實驗裝置，其特征 在于：所述內管(51)的壁厚不小于2mm。

8.根據權利要求1所述的鄰近承壓含水層開采巖層移動實驗裝置，其特征 在于：所述液壓泵(8)上還設有手柄(13)。

9.根據權利要求1-8任意一項所述的鄰近承壓含水層開采巖層移動實驗裝 置，其特征在于：所述內管(51)的表面設有刻度。

10.權利要求1-9任意一項所述的鄰近承壓含水層開采巖層移動實驗裝置的 實驗方法，其特征在于：包括如下步驟：

(a)以砂子為骨料，碳酸鈣、石膏為膠結材料，硼砂為緩凝劑，在所述模 擬架(1)內由下往上逐層鋪設模擬巖層(9)，在所述模擬架(1)上部的所述模 擬巖層(9)中埋設若干個所述承壓含水層模擬裝置，再依次鋪設含水層的頂板 模擬巖層(91)；

(b)模擬巖層(9)鋪設好后，在自然條件下風干，試驗前，首先通過所述 液壓泵(8)將高壓液體注入所述輕型液壓油缸(4)，所述活塞桿(41)可由油 液壓力推出，頂緊在所述頂梁(3)下，并繼續緩慢加載直至所述壓力表(82) 顯示達到模擬承壓含水層水壓，并在所述頂板模擬巖層(91)上部放置配重塊 (11)，之后保持穩壓狀態；

(c)對所述模擬架(1)內部的模擬煤層(14)進行分步開挖，通過所述數 據采集器(12)采集所述應力傳感器(10)的數據，同時觀測每次開挖后所述模 擬煤層(14)上方的所述模擬巖層(9)裂隙發育高度，得到裂隙發育高度與工 作面推進位置的之間的關系；

(d)每次開挖后，保持穩壓狀態，待所述模擬巖層(9)穩定后，再進行下 一次的開挖，在開挖的全過程要保證輕型液壓油缸(4)處于恒壓狀態，受采動 影響，當所述模擬巖層(9)的裂隙發育高度波及到承壓含水層的頂板模擬巖層 (91)時，巖層移動會使頂板模擬巖層(91)的壓力小于所述輕型液壓油缸(4) 的支撐力，所述壓力表(82)讀數降低，將高壓液體經所述高壓油管(7)注入 所述液壓油缸(4)，所述活塞桿(41)升起，從而達到恒壓狀態。