[發明專利]一種室內上覆巖層離層充水及滲透模擬系統

有效

• 申請號: 201811551720.1
• 申請日: 2018-12-19
• 公開（公告）號: CN109470624B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 張文泉;王在勇;朱先祥;白斌;李偉
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 李振瑞

本發明涉及礦山安全技術領域，公開了一種室內上覆巖層離層充水及滲透模擬系統，包括：相似模擬實驗裝置、相似模擬材料、含水層加載裝置和含水層滲流裝置；相似模擬材料設置在相似模擬實驗裝置上，含水層加載裝置和含水層滲流裝置相連接，含水層滲流裝置設置在相似模擬材料中；所述含水層加載裝置包括：計算機控制系統、進水管路和設置在進水管路上的加壓裝置、單向控制閥、壓力表和穩壓調節器；所述含水層滲流裝置包括：蛇形管、導水裝置和連接管；蛇形管上設有多個出水孔，這種模擬系統，通過改變含水層的水流量以及水體壓力可以分析出工作面的水量變化情況，為防治離層水害提供實驗幫助。

技術領域

本發明涉及礦山安全技術領域，特別涉及一種室內上覆巖層離層充水及滲透模擬系統。

背景技術

近年來，以煤層頂板含水層為主要充水水源的水害事故日益增多，造成的人員傷亡約占3.9％，事故發生的頻次約占8.8％，這其中沒有統計未造成人員傷亡或重大經濟損失的水害事故。頂板水害事故發生的原因除了頂板含水層(體)水通過采動裂隙、構造及鉆孔等導入礦井造成災害外，離層水害作為一種新的水害類型，給許多礦井造成重大損失和人員傷亡。

開采過程中煤層之上上覆巖層產生離層，一部分充水離層空間在受靜水壓力、應力或開采擾動作用等因素影響下，離層水體破裂并在短時間內潰入井下造成災害。

國內外對于離層水的問題研究主要集中在離層水產生的地質、水文地質、工程地質以及采礦條件的研究；離層積水水害的直接形成原因的分析，離層積水的涌(突)水通道的理論分析和離層水的防治方案等方面的研究。在室內試驗方面，主要涉及上覆巖層破壞后離層的形成過程，而對于用相似模擬實驗方法模擬離層水的形成機理、沿上覆巖層裂隙處的滲流過程以及離層水的供給水量對采場工作面的影響等方面的研究尚存在不足。

發明內容

本發明提供一種室內上覆巖層離層充水及滲透模擬系統，可以解決現有技術中的上述問題。

本發明提供了一種室內上覆巖層離層充水及滲透模擬系統，包括：相似模擬實驗裝置、相似模擬材料、含水層加載裝置和含水層滲流裝置；

相似模擬材料設置在相似模擬實驗裝置內，含水層加載裝置和含水層滲流裝置相連接，含水層滲流裝置設置在相似模擬材料中；

所述相似模擬材料包括：由下而上依次設置的煤層、直接頂、基本頂、相互交錯設置的軟巖層和含水層；所述含水層加載裝置包括：計算機控制系統、進水管路和設置在進水管路上的加壓裝置、單向控制閥、壓力表和穩壓調節器；所述加壓裝置、單向控制閥、壓力表和穩壓調節器分別與計算機控制系統連接，進水管路外接水源；

所述含水層滲流裝置包括：蛇形管、連接管和導水裝置；蛇形管設置在含水層中，蛇形管上設有多個出水孔，蛇形管通過連接管與進水管路連接，所述導水裝置包括：亞克力板、儲水箱和水槽，亞克力板位于煤層和煤層底板之間，水槽設置在亞克力板外側，水槽與儲水箱相連通。

所述蛇形管設置于含水層內的兩側，每側各兩個，蛇形管上的出水孔從邊緣向內側逐漸密集分布，當水從出水孔滲出時，便于集中流入下部的離層空間，凸顯出上覆巖層離層的充水效應。

所述加壓裝置包括壓力罐和加壓器，加壓器設置在壓力罐上，加壓器與計算機控制系統連接。

所述相似模擬實驗裝置為通用的二維試驗臺。

所述水槽平行于二維試驗臺。

所述相似模擬材料前后兩面各安裝一塊防水擋板，防止水滲流出相似模擬材料外。

所述防水擋板包括一塊設置在觀察面的透明玻璃板，便于觀察實驗，設置在背面的防水擋板為普通鋼板。

所述軟巖層包括軟巖層一和軟巖層二，所述含水層包括含水層一和含水層二，軟巖層一位于基本頂的上方，含水層一位于軟巖層一與軟巖層二之間，含水層二位于軟巖層二的上方，含水層一和含水層二內均設有蛇形管。