[發明專利]一種模擬斷層突水突泥的試驗裝置和方法

有效

• 申請號: 201610332788.5
• 申請日: 2016-05-19
• 公開（公告）號: CN105807012B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 趙延林;羅世林;唐勁舟;萬文;付成成
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 北京譽加知識產權代理有限公司11476
• 代理人: 魯云博

技術領域

本發明涉及巖土、采礦等工程地質技術領域，特別涉及一種模擬斷層突水突泥的試驗裝置和方法。

背景技術

在中國，許多煤礦在開采過程中均受到各類地下承壓水的威脅。在中國南方的眾多煤礦中，其煤礦地板巖層大多為石炭二疊紀的奧陶灰巖，而影響煤礦安全開采的一類非常嚴重的礦山災害便是奧陶系灰巖的突水突泥。奧陶系灰巖是具有豐富水源和較高水壓的一類喀斯特承壓含水巖層。突水突泥給人民的生命財產安全帶來了嚴重的災害。

據官方不完全統計，超過80％的礦山突水突泥災害均與斷層帶有很大的關系，斷層裂隙帶作為一個非常重要的突水突泥的通道，其斷層構造是決定在承壓含水層上進行煤礦安全開采的重要和關鍵因素。到目前為止，現有的研究關于礦山突水突泥機理只要集中在斷層的反應機理或者是地板巖層的破壞機理。并沒有涉及到在何種水壓下斷層會產生泥漿滲流、何種水壓下斷層會出現突水突泥現象，以及斷層從泥漿滲流到突水突泥的的變化規律。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種模擬斷層突水突泥試驗裝置和方法，可通過改變水壓大小和黃泥儲量來研究斷層在何種水壓下斷層會產生泥漿滲流、何種水壓下斷層會出現突水突泥現象，操作簡單，效果顯著。

為了實現上述目的，本發明專利采用如下解決方案：

1、一種模擬斷層突水突泥試驗裝置包括箱體系統、多孔鋼板、鋼磚、滲流槽蓋、數據采集系統，所述箱體系統1內嵌有多孔鋼板Ⅰ4，多孔鋼板Ⅰ4與箱體通過整體澆筑結合在一起，多孔鋼板Ⅰ4以下為水箱2以上為泥箱5，泥箱5上部為箱體系統1的上部箱體7。上部箱體7與泥箱5采用多孔鋼板II6隔開。泥箱5中放入一定體積的固態黃泥19，再用多孔鋼板II6蓋住，將長、寬不一厚度不變的鋼磚8依次堆積在多孔鋼板II6上，再將滲流槽蓋11置于上部箱體7的上方，擰緊連接滲流槽蓋11和箱體系統1的螺栓21。通過空心鋼管12將出水出泥孔10和玻璃杯14連接起來，空心鋼管12上安裝有流量計13，用來監測并通過控制電腦18記錄每隔一定時間內流過空心鋼管12的泥漿量。通過泥漿滲流速度判斷在何種水壓情況下斷層會出現突水突泥危險。

2、所述箱體系統1內嵌有多孔鋼板Ⅰ4，多孔鋼板Ⅰ4與箱體通過整體澆筑成為一個整體，多孔鋼板Ⅰ4以下為水箱2以上為泥箱5，泥箱5以上為箱體系統1的上部箱體7。水箱2左側設有注水孔3，右側設有出水孔9，水箱2中的水通過多孔鋼板Ⅰ4與泥箱5中的固態黃泥19接觸，隨著水量和水壓的增加，泥箱5中的黃泥19與水接觸更加充分，混合后泥箱5中的固態黃泥19變為流動狀態的黃泥漿。水箱2和泥箱5均為鐵制箱體，且厚度為15mm。水箱2中的注水孔3與外界供水裝置即外部水源20連接，實現水箱2的注水，試驗停止后通過水箱2右側出水孔9卸壓、卸泥漿。

3、所述所述水箱2和泥箱5的長、寬、高尺寸分別為300mm×300mm×200mm和300mm×300mm×300mm，水箱2和泥箱5之間的多孔鋼板Ⅰ4厚度為15mm，具有一定的承載能力。水箱2左側的注水孔3以及右側出水孔9均為圓形，半徑為10mm。

4、所述泥箱5與上部箱體7采用多孔鋼板II6隔開。上部箱體7的長、寬、高尺寸為300mm×300mm×800mm，上部箱體7為鐵制且厚度為10mm，上部箱體7上端設有出水出泥孔10，該孔的半徑為10mm。

5、所述泥箱5與上部箱體7之間的多孔鋼板II6的厚度為20mm。在泥箱5上部安裝好多孔鋼板II6后即可一層一層往上堆放鋼磚8。該多孔鋼板II6需要有較大的承載能力，能夠承載上部鋼磚8的質量。多孔鋼板II6的作用在于防止在沒有注水的情況下上部箱體7中的鋼磚8將固態的黃泥19壓實，導致注水不順利，以及注水后鋼磚8的下沉導致突水突泥的測量結果不準確

6、所述鋼磚8的高度不變，寬度和長度不一，鋼磚8模擬斷層。

7、所述一種模擬斷層突水突泥試驗裝置，其特征在于所述滲流槽蓋11厚度為20mm，置于上部箱體7上方，滲流槽蓋11左右倆側設有螺栓21，用來連接滲流槽蓋11和箱體系統1，起到密封作用，防止泥漿從上部箱體7與滲流槽蓋11接觸處溢出。滲流槽蓋11下端為下部有孔實體部分22，上端為上部空心部分23，下部有孔實體部分22具有一定的坡度，便于泥漿的流動，上部空心部分23用來暫時收集突出或滲出的泥漿。