[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

本發明提供了一種分布式地下水庫安全距離試驗裝置及方法，該試驗裝置包括試驗平臺，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，其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。基于本發明的技術方案，能夠實現對地下水庫水平方向的安全距離進行合理測算，指導地下水庫的規劃、設計與建設。

技術領域

本發明涉及煤炭開采水資源保護技術領域，特別地涉及一種分布式地下水庫安全距離試驗裝置及方法。

背景技術

基于我國水資源與煤炭資源呈逆向分布、中西部富煤地區多處于干旱和半干旱的生態脆弱區，水資源短缺且地表生態脆弱、主要煤炭基地水資源嚴重短缺的情況，我國煤炭主產礦區必須以煤炭綠色開采理念為指導，采用適合于西部礦區的煤炭開采與水資源協調技術發展煤炭產業。

其中，建設煤礦地下水庫成是解決這些地區生產生活中缺水問題的一種有效技術途徑。煤礦地下水庫壩體由工作面開采留設的煤柱與人工壩體組合而成，壩體的主體部分為煤柱壩體，利用煤炭開采形成的安全煤柱或防水煤柱改造建設。與傳統地面水庫壩體僅受水壓和壩體自重作用相比，煤礦地下水庫壩體由于受地應力、礦壓、垮落巖體側向壓力、水壓、地震或礦震等作用而處于十分復雜的應力環境。

煤礦中通常含有多個煤層。在上層煤已經建設地下水庫的情況下，下層煤的開采會使得上下煤層間巖體的應力場和裂隙場產生巨大變化。為保證上層地下水庫的安全性，下層煤的開采或下層地下水庫的建設必須與上層地下水庫保持一定的水平距離，該距離即為上下層地下水庫間的安全距離，所以需要一種有效的模擬試驗裝置與方法來進行分布式地下水庫安全距離的模擬分析。

發明內容

針對上述現有技術中的問題，本申請提出了一種分布式地下水庫安全距離試驗裝置及方法，能夠實現對地下水庫水平安全距離進行合理測算，指導地下水庫的規劃、設計與建設。

本發明的一種分布式地下水庫安全距離試驗裝置，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。

在一個實施方式中，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。

在一個實施方式中，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。

在一個實施方式中，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。

在一個實施方式中，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；