[發(fā)明專利]一種多介質滲透試驗裝置及其測試方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710085245.2
• 申請日: 2017-02-17
• 公開（公告）號: CN106769787A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設計）人: 桂和榮
• 申請（專利權）人: 宿州學院
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙)34124
• 代理人: 丁瑞瑞

技術領域

本發(fā)明涉及礦業(yè)工程技術領域，尤其涉及一種多介質滲透試驗裝置及其測試方法。

背景技術

煤礦在孔隙含水層下開采，最大的水害威脅是孔隙含水層水(砂)通過導水裂隙帶潰入采空區(qū)，導致災害事故。安徽淮北煤田桃園煤礦1022綜采工作面曾發(fā)生孔隙含水層突水潰砂事故，導致5人死亡，直接經(jīng)濟損失數(shù)千萬元；淮北煤田祁東煤礦3₂22工作面曾發(fā)生孔隙含水層突水淹井事故，損失數(shù)億元。

煤層開采通常在頂板覆巖中出現(xiàn)“三個帶”：自下而上依次為冒落帶、導水裂隙帶和彎曲帶。若孔隙含水層與導水裂隙帶相連(附圖1)，將會潛在突水潰砂威脅。但突水潰砂量及其歷時變化、臨界水力梯度或破壞水力梯度、突水潰砂災害程度以及是否可控等，取決于很多因素，包括孔隙含水層的水頭壓力、顆粒組成、水理參數(shù)、導水裂隙寬度等，通常情況下，要在開采前做孔隙含水層下開采水砂滲透試驗，定量研究孔隙介質(孔隙含水層)中水砂經(jīng)過裂隙介質(導水裂隙帶)再通過孔隙介質(冒落帶)的流變性的諸多影響因素。

在工程上，關于介質滲透試驗，多是測試單一介質(如砂樣或粘性土樣)的滲透系數(shù)，現(xiàn)有的裝置有土樣管滲透儀、70型滲透儀(包括改進的70型滲透儀)等。但對于多種介質互層的滲透試驗裝置，目前處于空白狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種多介質滲透試驗裝置。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：一種多介質滲透試驗裝置，包括試樣筒，所述試樣筒內(nèi)從上到下依次分為砂礫樣層、帶裂隙的混凝土樣層、碎石樣層，所述碎石樣層的底部設有濾板，所述濾板的下方設有盛水砂塑料桶，所述砂礫樣層的頂部設有密封件，所述砂礫樣層的底部、中間部、頂部分別連接有1號測壓管、2號測壓管、3號測壓管，所述1號測壓管、2號測壓管、3號測壓管的另一端均與坐標紙緊貼相連，所述砂礫樣層的頂部通過導管連接有水箱，所述帶裂隙的混凝土樣層的裂隙區(qū)穿過有細鐵絲，所述裂隙區(qū)的底部與頂部端面設有薄塑料皮，所述細鐵絲的頂端連接薄塑料皮底端穿過濾板中央并擰成一股鐵絲。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，還包括進水閥，所述進水閥設于水箱與試樣筒之間。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述水箱為高度可調(diào)節(jié)的水箱且懸掛于墻上。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述砂礫樣層模擬孔隙含水層，所述帶裂隙的混凝土樣層模擬導水裂隙帶，所述碎石樣層模擬冒落帶。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述試樣筒為鋼質圓筒。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，還包括支撐結構與箍筋，所述支撐結構包括支架底座與支架立桿，所述支架底座上垂直相對設有一對支架立桿，每個所述支架立桿與支架底座之間設有加強筋保護支撐，所述試樣筒外壁上焊接有箍筋，所述試樣筒通過箍筋與支撐結構相連。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，還包括加壓螺栓與固定橫檔，所述固定橫檔水平設于支架立桿之間，所述固定橫檔中間設有與加壓螺栓相匹配的加壓螺栓插孔，所述加壓螺栓底部連接密封件，上端穿過加壓螺栓插孔。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，還包括插銷，所述固定橫檔與支架立桿連接處設有與插銷相匹配的插銷孔。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述濾板上下端面上設有供砂礫樣中的水砂滲出的網(wǎng)眼，所述網(wǎng)眼的面積率75％左右，所述濾板四周通過四個相匹配的螺絲螺帽與試樣筒內(nèi)壁固定相連。

本發(fā)明還公開了一種多介質滲透試驗裝置的測試方法，包括安裝方法與試驗方法；

所述安裝方法包括以下步驟：

第一步：將試樣筒架于支撐結構上，并固定；

第二步：安裝濾板，即用四個螺絲將濾板固定于試樣筒底部；

第三步：將細鐵絲從濾板中央網(wǎng)眼穿過，下端留15cm長；

第四步：安裝配置好的碎石樣層，頂面大致保持水平，在混凝土樣的裂隙位置鋪薄塑料皮(綁定于細鐵絲上)，薄塑料皮面積略大于裂隙面積；

第五步：安裝預制好的帶裂隙混凝土樣層，細鐵絲從裂隙中穿過，可以分支若干根，但都要擰于成一股，以便同時拉出，用熔化的石蠟密封混凝土層與試樣筒內(nèi)壁之間的空隙，以確保來自砂礫樣中的水(砂)全部從裂隙中滲出；

第六步：將混凝土裂隙充滿粉砂(記錄粉砂量)，然后在裂隙頂面鋪薄塑料皮(綁定于細鐵絲上)，薄塑料皮面積略大于裂隙面積，四周涂少許止水材料；

第七步：安裝配置好的砂礫樣，頂面大致保持水平；

第八步：安裝密封件和固定橫檔，擰緊加壓螺栓；

第九步：安裝水箱、進水閥并連接到試樣筒上；