[發明專利]一種采空區探放水實驗裝置及其工作方法

在審

• 申請號: 201910885024.2
• 申請日: 2019-09-19
• 公開（公告）號: CN110501473A
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 李濤;高穎;楊軍偉
• 申請（專利權）人: 六盤水師范學院
• 主分類號: G01N33/22
• 分類號: G01N33/22;E21F16/00
• 代理公司: 11660 北京快易權知識產權代理有限公司
• 代理人: 趙秀英<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開了礦井水文地質技術領域的一種采空區探放水實驗裝置及其工作方法，包括探放水系統、采空區系統和采空區補給系統，探放水系統由采煤工作面模型、鉆場模型、探放水鉆孔模型、流量計和過濾器構成，采空區系統由采空區模型、矸石模型和懸浮物構成，采空區補給系統由富水海綿體、加壓裝置、滲水管路、電源、涌水管路和高位水箱構成，本實驗裝置為采空區積水探放情況提供合理的評價，不需要在現場開展大量的工程，簡單易實施，可以對不同的鉆孔設計及采空區條件下的疏放水效果進行評價，使用范圍廣；而且實驗的時間短，效率高，實驗裝置大部分可以重復利用，費用低，實驗結果可以直觀的觀測，效果好。

技術領域

本發明涉及礦井水文地質技術領域，具體為一種采空區探放水實驗裝置及其工作方法。

背景技術

煤炭是人類賴以生存的主要能源，我國煤炭開采歷史悠久，形成了大量采空區，采空區積水對周邊煤炭開采構成了巨大的威脅。因此，需要對周邊采空區探放水。但采空區形狀不規則、水量不明、矸石較多、補給性復雜，探放水工程設計是否合理難以評估。另外，探放水工程成效現場顯現不直觀，需要開展室內實驗。傳統的實驗裝置結構復雜且不易實施，不可以直觀的看到采空區積水在設計的探放水工程下的演化規律，不能對研究不同條件采空區探放水內在機理等提供了實驗手段，故亟需設計一種摒棄傳統實驗裝置缺陷的新式實驗設備，基于此，本發明設計了一種采空區探放水實驗裝置及其工作方法，以解決上述問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種采空區探放水實驗裝置及其工作方法，以解決上述背景技術中提出的亟需設計一種摒棄傳統實驗裝置缺陷的新式實驗設備的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種采空區探放水實驗裝置，包括探放水系統、采空區系統和采空區補給系統，所述探放水系統由采煤工作面模型、鉆場模型、探放水鉆孔模型、流量計和過濾器構成，所述采空區系統由采空區模型、矸石模型和懸浮物構成，所述采空區補給系統由富水海綿體、加壓裝置、滲水管路、電源、涌水管路和高位水箱構成。

進一步的，所述采煤工作面模型為中空設計且位于采空區模型下方，所述采煤工作面模型的兩邊突出位置連通設置有可移動的鉆場模型。

進一步的，所述富水海綿體位于加壓裝置容腔內，所述加壓裝置容腔與采空區模型之間通過滲水管路連通，所述加壓裝置與電源通過開關和導線電連接，所述加壓裝置為可調加壓裝置。

進一步的，所述高位水箱通過涌水管路與采空區模型連通，所述高位水箱的高度可調節。

進一步的，所述探放水鉆孔模型分別與采空區模型和鉆場模型連通，所述采空區模型為透明設計且形狀可調，并在垂向上固定有標尺，所述采空區模型底部形狀可調且內部充填有水、矸石模型和懸浮物，所述矸石模型大小和形狀可調，所述懸浮物數量和大小可調。

進一步的，所述探放水鉆孔模型中部設置有流量計，所述探放水鉆孔模型前端部設置有過濾器，所述探放水鉆孔模型為中空設計，所述探放水鉆孔模型長度、孔徑和位置可調。

一種采空區探放水實驗裝置工作方法，包括如下步驟：

步驟一：采空區系統設計，采空區系統由采空區模型、矸石模型和懸浮物構成，其中，采空區模型通過現場的電法、地質雷達及瞬變電磁等地球物理勘探手段獲取采空區實際范圍；然后，按照一個幾何比n縮小；最后，依據縮小后的模型尺寸，依據拐點設計出采空區模型，此時固定采空區模型讓其不再變形，矸石模型則通過采空區的資料進行數值模擬實驗，獲取冒落區的矸石形狀和大小，從鉆孔柱狀圖中獲取矸石的巖性，按照幾何比n縮小，并放置相同巖性的矸石在采空區模型中，此外，通過在現場實施鉆孔獲取采空區積水的水樣，通過室內激光粒度分析儀測試分析水樣中5μm以下，5μm-10μm之間，10μm以上顆粒所占的百分比，按照相應的幾何比n縮小，并放置相同巖性的懸浮物在采空區模型中；最后，依據現場鉆孔的水位觀測，按照幾何比n縮小后，對采空區模型注入相同的水位的積水；