[发明专利]一种反演煤层底板突水的试验装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及模拟试验装置，特别是一种用于模拟煤层底板突水的试验装置及其方法。

背景技术

相似试验是以相似理论为基础的模型试验技术，利用事物或现象间存在的相似或类似等特征来研究自然规律，适用于那些难以用理论分析方法获取结果的研究领域。采场底板失稳破坏引发突水的过程实质上是在采动矿压和水压共同作用下，导升带与采动破坏带相连进而形成导水通道的演变过程。由于底板突水问题的特殊性，人们不可能在现场观察到底板突水的破坏过程，而理论分析过程中对许多因素做了大量简化。鉴于相似试验具有直观性强、灵活性好、效率高、重复性好等优点，对带压开采底板突水过程进行物理模拟，可以形象揭示底板隔水层裂隙生长、发育、贯通，并最终形成导水通道的动态过程。

中国矿业大学、西安煤科院等单位先后开展底板突水的相似试验。对于此试验的难点是对底板承压水的模拟，前人有用弹簧、橡胶块、水囊等替代承压水，这些替代物的缺点是被动施压，由于采动影响压力一旦释放就不能持续施压导致实验结果与事实不符，另外模拟不到水力的冲刷渗透作用。有部分学者研制了直接用水力代替承压水的装置，虽然起到了冲刷渗透的作用，但由于外界施加的水压保持一致，而事实是承压水导升以后导致水压的变化，如果继续保持水压的不变就会致使形成的导水通道失真。

由此可见，现有的试验装置有待于更进一步的改进。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种用于模拟煤层底板突水的试验装置及其方法，可有效解决模拟煤层底板突水过程中承压水的作用，演示导水通道的形成过程并收集相关数据的问题。

本发明解决的技术方案是：

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，实验架是由底梁、顶梁底梁和装在底梁、顶梁之间的竖梁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，实验架的外部装有拆卸式的挡板，储水加载板和挡板之间的实验架内部构成用于容纳模拟材料的实验空间，实验架的顶梁装有顶部加载系统，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构成的，第一液压缸的活塞杆与储水加载板固定在一起，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，第一液压缸的缸体经管道与液压控制台相连，所述的储水加载板为中空结构，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，下表面均布有与其内腔相连通的注水孔，注水孔上装有自由端伸入水槽内水体的注水管道，每条注水管道上均装有与水压控制台相连的增压水泵，液压控制台和水压控制台分别与计算机相连。

所述的实验空间内装有模拟材料，压力盒、位移计和孔隙水压力传感器分别置于模拟材料内，压力盒、位移计和孔隙水压力传感器分别经数据线与数据收集设备相连。

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，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、顶梁底梁和装在底梁、顶梁之间的竖梁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，实验架的外部装有拆卸式的挡板，储水加载板和挡板之间的实验架内部构成用于容纳模拟材料的实验空间，实验架的顶梁装有顶部加载系统，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构成的，第一液压缸的活塞杆与储水加载板固定在一起，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，第一液压缸的缸体经管道与液压控制台相连，所述的储水加载板为中空结构，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，下表面均布有与其内腔相连通的注水孔，注水孔上装有自由端伸入水槽内水体的注水管道，每条注水管道上均装有与水压控制台相连的增压水泵，液压控制台和水压控制台分别与计算机相连。

4）根据工作面岩层性质，确定模拟材料的配比，按确定的配比将各个原料混合在一起，搅拌均匀，等待铺设；模拟材料的配比可参照《矿山压力的相似模拟试验》，根据岩层性质确定配比号，以此确定各分层的各种原料用量；