[实用新型]煤层采动诱发顶板涌水溃砂灾害模拟试验系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种煤层采动诱发顶板涌水溃砂灾害模拟试验系统。

背景技术

近年来随着煤矿开采强度的不断加大和开采上限的持续提高，上覆松散含水层受采动影响，含砂量较高的水砂混合物溃入井下工作面，导致造成财产损失甚至人员伤亡的地质灾害时有发生，给矿井的安全生产带来很大威胁，严重制约着煤炭工业的发展。1990年4月20日，瓷窑湾煤矿发生冒顶突水溃砂灾害，涌水量达200m³/h，总溃砂量4000m³以上，造成一采区304m长皮带巷被砂充填厚度达2m（巷道高4.5m），地面形成圆锥形塌坑（直径28m，深14m），水位迅速下降，水库干涸。1990年12月28日，瓷窑湾煤矿又发生一次冒顶突水溃砂，涌水量50m³/h，溃砂量达6000m³。1996年6月1日，扎赉诺尔铁北矿多次放生突水溃砂，由于Ⅱ_2a煤层顶板工作面冒顶，形成的破裂带与第一含水层沟通，突出水砂1700m³。1989年6月22日，安徽淮北矿区百善矿666工作面因多次挑顶破坏了顶板上的强风化岩层而沟通了松散层底部的砂土，突出水砂1000m³。2002年10月31日，邹城市横河煤矿1931E工作面发生溃砂事故，2名人员被堵在巷道中。2002年11月10日淮北矿业集团公司桃园煤矿二采区1022_上工作面（准备面），切眼上口发生突水、溃砂事故，死亡4人，受伤1人，直接经济损失130多万元，直接原因：1022_上工作面风巷布置在软弱、松散、破碎的基岩风化带内，切眼上口重复垮棚冒顶，高冒区形成冒落漏斗，难以形成冒落拱，致使冒落带不断向上发育直至第四含水层导通第四含水层，致使四含水、泥、砂、砾石溃入井下。井下工作面涌水溃砂事故的发生，不仅影响了矿井的正常生产，还威胁了工人的生命安全。

要保证煤炭资源的稳步开发，摆脱突水溃砂灾害的严重困扰，在水体下（包括地表水体和含水层）采煤时，防止水砂突涌，科学合理的设计开采上限，进行顶板水作用下采动覆岩空间裂隙演化规律、渗流、突涌水砂模拟，获得工作面涌水溃砂动力机制，是亟待解决的关键问题之一。由于地下采掘工程隐蔽性的特点，使得采煤引起的水砂突涌的机理研究和影响因素难以借助现场观测进行研究，室内试验成为解决这一问题的有效手段。通过设计制作的煤层采动诱发顶板涌水溃砂灾害模拟试验系统，设置不同竖向和侧向载荷，不同水压力、不同地层组合等试验参数，定量化地研究水砂突涌的动力机理，对井下涌水溃砂的发生前兆和发生过程进行深入细致的研究分析，对预防井下涌水溃砂灾害和保证安全生产具有重大指导意义。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种煤层采动诱发顶板涌水溃砂灾害模拟试验系统，对煤层采动诱发顶板涌水溃砂灾害进行模拟试验，获取工作面顶板涌水溃砂灾害的动力机理以及不同地层组合的水砂突涌参数。

为解决上述技术问题，本实用新型方案包括：

一种煤层采动诱发顶板涌水溃砂灾害模拟试验系统，其包括支架，其中，所述支架内设置有试验仓，所述试验仓包括设置在上部用于提供高压水流的水仓机构，所述水仓机构的底板上均匀布置有多个透水孔，所述底板水平布置，所述底板兼作所述试验仓的顶板，所述水仓机构上设置有用于施加竖直压力的竖直加载液压缸，所述底板的左右两侧设置有竖直布置的左侧壁与右侧壁，左侧壁与右侧壁上均设置有用于施加横向压力的横向加载液压缸，左侧壁与右侧壁受到的横向压力为相向的压力，所述底板的前后两侧设置有竖直布置的用于观察试验仓内状态的前透明板体与后透明板体；所述试验仓的底部设置有能移动的模拟采煤拖动板，所述模拟采煤拖动板下部设置有倾斜布置的水砂汇聚渠道，所述水砂汇聚渠道的出口有一水砂收集装置；所述底板、所述左侧壁、所述右侧壁、所述前透明板体、所述后透明板体与所述模拟采煤拖动板形成所述试验仓，所述试验仓内布置多个孔隙水压力传感器与多个压力传感器。