[發明專利]一種分布式地下水庫安全距離試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202010899616.2
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN114112694A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 顧大釗;張勇;曹志國;賀安民;方杰;陳蘇社;吳寶楊;李鵬;王路軍
• 申請（專利權）人: 神華神東煤炭集團有限責任公司;北京低碳清潔能源研究院;國家能源投資集團有限責任公司
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;朱明明

1.一種分布式地下水庫安全距離試驗裝置，其特征在于，包括：

試驗平臺，所述試驗平臺上通過模型架圍成有試驗空間；

煤巖層相似模擬結構，所述煤巖層相似模擬結構設置在所述試驗空間中，其包括由上至下重疊設置的上覆巖層模擬結構、上煤層模擬結構、中間巖層模擬結構、下煤層模擬結構以及底板模擬結構；

地下水庫模擬結構，所述地下水庫模擬結構設置在所述上煤層模擬結構內部的一側；

應力應變監測系統，所述應力應變監測系統用于監測所述中間巖層模擬結構中的應力應變；

其中，所述下煤層模擬結構為能夠模擬煤層開挖的活動式結構。

2.根據權利要求1所述的分布式地下水庫安全距離試驗裝置，其特征在于，所述下煤層模擬結構由多個平鋪的PVC管構成，所述PVC管用于在被抽出時模擬煤層開挖。

3.根據權利要求1或2所述的分布式地下水庫安全距離試驗裝置，其特征在于，除所述下煤層模擬結構以外的其他巖層模擬結構均由相同種類的模擬材料按各自對應的重量配比混合澆筑而成；

其中，模擬材料包括中砂、重晶石粉、滑石粉、凡士林、硅油、水泥和水。

4.根據權利要求1所述的分布式地下水庫安全距離試驗裝置，其特征在于，所述地下水庫模擬結構包括：

模擬壩體，所述模擬壩體設置在所述上煤層模擬結構內部的一側，所述模擬壩體的兩側為第一模擬采空區與靠近所述模型架的第二模擬采空區；

梯度水平應力加載系統，所述梯度水平應力加載系統設置在第二模擬采空區中，用于模擬地下水庫的水壓。

5.根據權利要求4所述的分布式地下水庫安全距離試驗裝置，其特征在于，所述梯度水平應力加載系統包括上下重疊設置的多個柔性氣囊，所述柔性氣囊上設置有注氣口與壓力監測表；

其中，所述注氣口通過通氣管路連接有外部的氮氣瓶，所述壓力監測表穿過所述模型架至外部。

6.根據權利要求1所述的分布式地下水庫安全距離試驗裝置，其特征在于，所述應力應變監測系統包括：

應變花，所述應變花為多個，所述多個應變花均勻分布在所述中間巖層模擬結構中心處的垂直斷面上；

數據采集裝置，所述數據采集裝置通過線纜與所述應變花連接。

7.根據權利要求1所述的分布式地下水庫安全距離試驗裝置，其特征在于，所述模型架包括模型框架，所述模型框架上沿周向依次設置的第一擋板、第二擋板、第三擋板與第四擋板；

其中，所述第一擋板與所述第三擋板為與所述模型框架固定連接的透明有機玻璃板，所述第二擋板與所述第四擋板為能夠從所述模型框架上抽出的鐵板，所述第二擋板或所述第四擋板靠近所述地下水庫模擬結構。

8.一種分布式地下水庫安全距離試驗方法，其應用于如權利要求1至7任一項所述的試驗裝置，其特征在于，包括：

步驟S1：確定所要模擬的分布式地下水庫，獲取地層條件及巖層力學參數，結合鉆孔柱狀圖，確定對應巖層模擬結構的模擬材料重量配比并配置出相應的相似材料；

步驟S2：利用所述相似材料以及PVC管，在試驗平臺的試驗空間中由下至上構筑出各巖層模擬結構，并對應設置地下水庫模擬結構與應力應變監測系統，其他在構筑中間巖層模擬結構時，在其內部布置粘貼應變花；

步驟S3：打開氮氣瓶向所述地下水庫模擬結構通氣，通過逐次抽取下煤層模擬結構中的所述PVC管來模擬下煤層開挖；

步驟S4：通過所述應力應變監測系統記錄觀測模擬開挖過程中所述中間巖層模擬結構的應力應變數據并計算分析其變化情況，在所述中間巖層模擬結構的應力應變的值發生突變時，此時所述PVC管抽取位置與模擬壩體之間的距離即為最小安全距離。

9.根據權利要求8所述的分布式地下水庫安全距離試驗方法，其特征在于，步驟S1中，配置所述相似材料時，所述模擬材料的混合順序為中砂、重晶石—滑石粉—水泥—水—凡士林—硅油。