[发明专利]一种反演煤层底板突水的试验装置及其方法

权利要求书

1.一种反演煤层底板突水的试验装置，包括实验架和顶部加载系统，其特征在于，实验架是由底梁（2c）、顶梁底梁（2a）和装在底梁、顶梁之间的竖梁（2b）构成的方形框架结构，实验架的下部内装有水平的储水加载板（5），实验架的外部装有拆卸式的挡板（14），储水加载板（5）和挡板（14）之间的实验架内部构成用于容纳模拟材料（12）的实验空间，实验架的顶梁装有顶部加载系统（3），底梁上装有底部加载系统，底部加载系统是由竖直装在实验架的底梁上的多个第一液压缸（4）构成的，第一液压缸（4）的活塞杆与储水加载板（5）固定在一起，构成储水加载板在第一液压缸活塞杆的推动下沿实验空间上下滑动的活动结构，第一液压缸（4）的缸体经管道与液压控制台（10）相连，所述的储水加载板（5）为中空结构，储水加载板的上表面均布有连通实验空间和其内腔的出水孔（16），下表面均布有与其内腔相连通的注水孔（17），注水孔（17）上装有自由端伸入水槽（8）内水体（8a）的注水管道（6），每条注水管道（6）上均装有与水压控制台（9）相连的增压水泵（7），液压控制台（10）和水压控制台（9）分别与计算机（11）相连。

2.根据权利要求1所述的反演煤层底板突水的试验装置，其特征在于，所述的液压控制台（10）上装有与各个第一液压缸（4）相对应的压力表。

3.根据权利要求1所述的反演煤层底板突水的试验装置，其特征在于，所述的顶部加载系统（3）是由竖直装在实验架的顶梁上的多个第二液压缸（4）构成的，第二液压缸（4）的活塞杆伸入实验空间，端部上装有压板。

4.根据权利要求1所述的用于反演煤层底板突水的试验装置，其特征在于，所述的实验空间内装有模拟材料（2），压力盒（1a）、位移计（1b）和孔隙水压力传感器（1c）分别置于模拟材料（2）内，压力盒（1a）、位移计（1b）和孔隙水压力传感器（1c）分别经数据线与数据收集设备（13）相连。

5.根据权利要求1所述的反演煤层底板突水的试验装置，其特征在于，所述的实验架装在底座（18）上，起到稳定试验架的作用。

6.一种基于权利要求1所述试验装置的反演煤层底板突水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）针对所要模拟的具有突水危险性的工作面，回采前在承压水层上部沿工作面推进方向埋若干水压力传感器；工作面推进过程中，水压力传感器采集到的不同位置的水压数据；

2）将水压力传感器采集到的不同位置的水压数据输入计算机，经数据处理软件处理后，现场的水压数据转化为试验需要的待用数据；

3）安装试验装置，所述的试验装置包括实验架和顶部加载系统，实验架是由底梁（2c）、顶梁底梁（2a）和装在底梁、顶梁之间的竖梁（2b）构成的方形框架结构，实验架的下部内装有水平的储水加载板（5），实验架的外部装有拆卸式的挡板（14），储水加载板（5）和挡板（14）之间的实验架内部构成用于容纳模拟材料（12）的实验空间，实验架的顶梁装有顶部加载系统（3），底梁上装有底部加载系统，底部加载系统是由竖直装在实验架的底梁上的多个第一液压缸（4）构成的，第一液压缸（4）的活塞杆与储水加载板（5）固定在一起，构成储水加载板在第一液压缸活塞杆的推动下沿实验空间上下滑动的活动结构，第一液压缸（4）的缸体经管道与液压控制台（10）相连，所述的储水加载板（5）为中空结构，储水加载板的上表面均布有连通实验空间和其内腔的出水孔（16），下表面均布有与其内腔相连通的注水孔（17），注水孔（17）上装有自由端伸入水槽（8）内水体（8a）的注水管道（6），每条注水管道（6）上均装有与水压控制台（9）相连的增压水泵（7），液压控制台（10）和水压控制台（9）分别与计算机（11）相连；

4）根据工作面岩层性质，确定模拟材料（12）的配比，按确定的配比将各个原料混合在一起，搅拌均匀，等待铺设； 

5）在储水加载板（5）和挡板（14）之间的的实验空间内铺设模拟材料，铺设过程中把压力盒（1a）、位移计（1b）和孔隙水压力传感器（1c）埋在所需收集数据的位置，并将压力盒（1a）、位移计（1b）和孔隙水压力传感器（1c）分别经数据线与数据收集设备（13）相连；

6）拆去挡板，等待模拟材料干燥胶结，作为模拟的底板；

7）模型干燥以后，上部加载系统施加压力补偿未模拟到的部分；

8）开始模拟开挖煤层，同时输出计算机中的待用数据分别控制液压控制台（10）和水压控制台（9），两控制台根据输出数据，控制增压水泵（7）及第一液压缸（4）工作，对模拟的底板施压，自动调节压力大小，模拟开挖期间，观察底板破坏过程并通过数据收集设备（13）收集数据。