[發明專利]厚松散層底含疏水沉降立井井筒偏斜機理模型試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202010568569.3
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111794737B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 彭世龍;程樺;姚直書;余大有;孫家應;劉孝孔;榮傳新;王曉健;林鍵;蔡海兵;李存祿;李華;秦志強;張亮亮;王雪松
• 申請（專利權）人: 安徽建筑大學;安徽理工大學;安徽省煤田地質局第一勘探隊;臨沂礦業集團菏澤煤電有限公司
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;E21B47/02;G01B11/16;G01N33/24
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 劉春成;徐麗娜

本發明提供一種厚松散層底含疏水沉降立井井筒偏斜機理模型試驗裝置及方法，模型試驗裝置包括箱體、立井井筒、液壓加載系統和數據監測系統，其中，所述箱體用于容納土體，所述土體在所述箱體內自上而下依次包括上覆地層和底部含水層，所述底部含水層的底部鋪填有煤層水袋；所述立井井筒設置在所述箱體內；所述液壓加載系統包括油缸，所述油缸位于所述土體的上方，所述油缸能夠為所述土體提供壓力；所述數據監測系統包括第一光纖、第二光纖、土壓力盒和數據采集器，所述土壓力盒通過數據線與所述數據采集器通訊連接。模型試驗裝置及試驗方法對揭示厚松散層底含疏水沉降立井井筒偏斜機理具有重要意義。

技術領域

本發明涉及礦山建設領域，特別涉及一種厚松散層底含疏水沉降立井井筒偏斜機理模型試驗裝置及方法。

背景技術

20世紀80年代以來，在我國多個礦區已有大量礦井發生了厚松散層中井壁破裂災害，造成重大經濟損失，嚴重的制約了我國深立井建設的進一步發展。通過國內多年研究表明，在發生井壁破裂災害中多數井筒破損的主因是礦井穿越的松散層底部含水層(底礫層)多直接覆蓋在煤系地層之上，煤礦生產導致底含疏水，引起井筒周圍土層產生二次固結沉降，并產生作用于井筒之上的豎向附加力所致。

近年來，某礦區厚松散層井筒出現了一種表土段井筒偏斜與豎向壓縮變形共存的新破損形態，嚴重威脅礦井生產安全。煤礦立井井筒出現偏斜破損形態屬國內首次發生，造成其偏斜的機理尚屬空白，迫切需要開展立井井筒偏斜機理的研究。現有煤層開采沉陷模型試驗主要研究煤層開采對上覆地層三帶分布及其地層沉陷規律的影響，均未考慮開采效應對煤礦立井井筒的影響；而立井井筒相似模型試驗研究也僅僅圍繞單一井筒展開，將井筒與周圍地層作為空間軸對稱問題，水平方向僅承受均布荷載，不可能存在導致井筒偏斜的作用力。

初步研究表明，發生偏斜破損的礦區位于厚松散層的井筒出現的偏斜破損形態是煤礦開采誘發的底含非對稱疏水所致。鑒于目前針對厚松散層底含疏水沉降作用下煤礦立井井筒偏斜機理研究方面尚無模型試驗裝置及方法，為揭示厚松散層底含疏水沉降作用下煤礦立井井筒偏斜機理，搭建厚松散層底含疏水沉降立井井筒偏斜機理模型試驗裝置并確定試驗方法迫在眉睫。

發明內容

本發明的目的在于提供一種厚松散層底含疏水沉降立井井筒偏斜機理模型試驗裝置及方法。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種厚松散層底含疏水沉降立井井筒偏斜機理模型試驗裝置，包括箱體、立井井筒、液壓加載系統和數據監測系統，其中，所述箱體用于容納土體，所述土體在所述箱體內自上而下依次包括上覆地層和底部含水層，所述底部含水層的底部鋪填有煤層水袋，所述底部含水層的頂部鋪填有底含水袋，所述煤層水袋和所述底含水袋內均填充有水，所述煤層水袋和所述底含水袋內的水均能夠排出所述箱體外；所述立井井筒設置在所述箱體內，所述立井井筒自上而下依次穿越所述上覆地層和所述底部含水層；所述液壓加載系統包括油缸，所述油缸位于所述土體的上方，所述油缸能夠為所述土體提供壓力；所述數據監測系統包括第一光纖、第二光纖、土壓力盒和數據采集器，所述第一光纖和若干所述土壓力盒均設置在土體內，所述第二光纖設置在所述立井井筒的外表面，所述第一光纖和所述第二光纖均與所述數據采集器通訊連接，所述土壓力盒通過數據線與所述數據采集器通訊連接。