[發(fā)明專利]一種陷落柱突水骨料截流模擬實驗裝置及方法

在審

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• 申請日: 2022-11-04
• 公開（公告）號: CN115824896A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設計）人: 邢茂林;石志遠;鄭士田;王威;趙少磊;王宇航;吳燕軍;李智
• 申請（專利權(quán)）人: 中煤科工西安研究院（集團）有限公司
• 主分類號: G01N13/04
• 分類號: G01N13/04;G01N15/08
• 代理公司: 西安恒泰知識產(chǎn)權(quán)代理事務所 61216
• 代理人: 孫雅靜

本發(fā)明公開了一種陷落柱突水骨料截流模擬實驗裝置及方法，設置：管式結(jié)構(gòu)的實驗倉，所述實驗倉的頂部密封連通設置倉蓋，倉蓋連通設置第一水箱；倉蓋與實驗倉之間設置第一濾網(wǎng)；所述實驗倉的底部密封連通設置倉底，倉底與實驗倉之間設置第二濾網(wǎng)；第一濾網(wǎng)與第二濾網(wǎng)之間的實驗倉內(nèi)填充填料。利用恒壓泵模擬含水層水壓，實驗倉填入玻璃球后陷落柱，倒漏斗形頂蓋模擬井下突水空間，下料管模擬骨料灌注鉆孔，各系統(tǒng)設置不同的參數(shù)，可進行多因素多水平模擬實驗。同時，對于單個因素，可在其他條件不變的情況下，進行多水平疊加實驗，例如，對于骨料粒徑，可以在其他三個條件不變的情況下，粒徑由小到大分級灌注，更符合堵水工程的實際情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于礦井突水治理工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種陷落柱突水骨料截流模擬實驗裝置及方法。

背景技術(shù)

巖溶陷落柱是一類由煤系以下可溶性巖層(多為奧陶紀灰?guī)r，部分為奧陶紀石膏巖，較少為寒武紀灰?guī)r)中巖溶溶洞頂部覆巖塌陷而形成的特殊地質(zhì)構(gòu)造。我國的巖溶陷落柱多發(fā)育于華北型石炭二疊紀煤田之中，廣泛分布在我國北方80多個煤田之中，現(xiàn)揭露和探明的陷落柱總數(shù)已達數(shù)萬個。煤系地層中的陷落柱使得地質(zhì)條件更加復雜，可作為連通奧陶紀灰?guī)r(寒武紀灰?guī)r)的導水通道和儲水空間，極大地改變了礦井充水條件，僅華北型煤田目前有超過230個礦井在不同程度上受到奧灰水威脅，受水威脅的煤炭資源儲量高達149.7億噸。在煤礦開采過程中揭露導水陷落柱一般會發(fā)生重特大突水事故。中國華北煤田共發(fā)生20多起因陷落柱突水的淹井事故，具有突水水量大、水壓高、流速快的特征，造成嚴重的經(jīng)濟損失和人員傷亡。

突水陷落柱的治理主要通過鉆孔揭露陷落柱導水通道后灌注骨料和水泥構(gòu)建止水塞，其中骨料灌注的參數(shù)主要依靠技術(shù)人員的個人經(jīng)驗確定，工程實踐缺乏理論指導，高壓動水條件下導水通道中骨料運移堆積規(guī)律和截水機理是尚需解決的重大難題，對煤礦突水災害快速治理具有重要的理論價值和實踐意義。由于陷落柱治理是隱蔽工程，不能通過原位工程試驗開展研究，為此，設計了一套陷落柱突水骨料截流模擬實驗裝置來模擬陷落柱中骨料的運移堆積截流過程和影響截流率的主控因素，為陷落柱突水災害治理中骨料灌注參數(shù)的選取和調(diào)整提供理論支撐和指導。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種陷落柱突水骨料截流模擬實驗裝置及方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在骨料灌注參數(shù)確定和調(diào)整缺乏科學性的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種陷落柱突水骨料截流模擬實驗裝置，設置：

管式結(jié)構(gòu)的實驗倉，所述實驗倉的頂部密封連通設置倉蓋，倉蓋連通設置第一水箱；倉蓋與實驗倉之間設置第一濾網(wǎng)；

所述實驗倉的底部密封連通設置倉底，倉底與實驗倉之間設置第二濾網(wǎng)；

第一濾網(wǎng)與第二濾網(wǎng)之間的實驗倉內(nèi)填充填料。

可選的，所述的第二濾網(wǎng)的網(wǎng)眼直徑小于第一濾網(wǎng)的網(wǎng)眼直徑。

可選的，所述的倉蓋與第一水箱之間的管路上，由上到下依次設置第一壓力表和第一流量表。

可選的，所述的倉蓋與第一水箱之間的管路上設置第一閥門，第一閥門位于第一壓力表上方；

第一閥門與第一壓力表之間連接旁路并設置第二閥門；

第二閥門后連通設置模擬底板突水組件；

所述的模擬底板突水組件包括依次連通設置的出水管和沉淀箱；

所述的沉淀箱為密封的箱體，箱體內(nèi)間隔交錯設置多個隔板。

可選的，與所述的倉底連通設置供水組件；

所述的實驗倉側(cè)壁連通設置單向閥，單向閥連通設置骨料灌注組件；

所述的骨料灌注組件包括依次連通設置的下料口和下料管。