[发明专利]一种演示煤炭水下开采的实验装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种试验装置，特别是涉及一种演示煤炭水下开采的实验装置。

背景技术

承压含水层广泛存在于我国煤系地层当中，由于该类含水层水压及补给作用的存在，给承压含水层下采煤带来了威胁。国内外发生了多起承压含水层下采煤的工作面压架致灾事故，造成了大量人员伤亡和巨大经济损失。而多数工作面压架致灾事故都有一个显著特点，即开采煤层上部的基岩较薄(薄基岩)，同时存在承压含水层。这样在采动影响、矿山压力以及承压水的共同作用下，弄清承压水的载荷传递、水岩共同作用下矿山压力及工作面压架致灾的机理，变得尤为重要。而目前针对上述问题，中国矿业大学许家林教授展开了大量的理论分析和试验研究，设计了松散承压含水层载荷传递作用的实验装置和松散承压含水层采动水位变化规律的实验装置及方法(申请号：200720037001.9)，但是上述试验装置及方法，存在以下不足：

⑴上述方法中用到了一整体的、全长承压水袋来近似模拟煤系地层中的承压含水层，然而作为水袋这种材料本身的特殊性，它存在一定的强度和曲率，一旦采用全长铺设水袋(如3m长的试验架就选用3m长的水袋)，由于一般需要模拟的承压水的水压较大，所设计水袋必须能承受一定的水压力，这样水袋本身的强度就不能太低，其曲率自然就变小，加之水袋在上覆岩层移动变形的两端会被岩层压紧，而覆岩的移动变形区域又很大，就会造成水袋在煤层开采后不能随着岩层移动而同步下沉运动，造成岩层与水袋的离层，承压含水层载荷就无法向下传递，造成试验失真甚至失败。

⑵上述实验方法中，也无法做到在煤层开采过程中，对含水层中受采动影响部分的水的流动及补给规律进行模拟及监控，进而也就无法做到对采煤工作面推进距离、推进速度等因素与承压水内部水流的补给方向的变化之间建立联系，做出定性及定量的判断，自然就无法得出规律性认识。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，减小水袋本身对试验的影响及对采动过程中含水层内部的水的流动及补给进行监控，提供一种结构简单、效果好的演示煤炭水下开采的实验装置。

一种演示煤炭水下开采的实验装置，包括支撑架和架设于其上的煤层和岩层，在所述岩层中设置有承压含水层，所述承压含水层由多个小水袋连接而成，所述小水袋是由顶板、底板、前侧壁、后侧壁、左侧壁和右侧壁围合而成的长方体结构，其内部为充水空间，在所述小水袋的左侧壁上设置有入水口，右侧壁上设置有出水口，后一个所述小水袋的入水口通过输水管与前一个所述小水袋的出水口相连，第一个所述小水袋的入水口与水供应装置相连，最后一个所述小水袋只设置有入水口；

所述输水管包括第一管体、第二管体和第三管体，所述第一管体的一端通过弹性软管和接头与前一个所述小水袋的出水口连接，所述第二管体的一端通过弹性软管与所述第一管体的另一端相连，所述第三管体的一端通过弹性软管与所述第二管体的另一端相连，所述第三管体的另一端通过弹性软管和接头与后一个所述小水袋的入水口连接；所述第一管体与所述第二管体之间形成的角度以及所述第二管体与所述第三管体之间形成的角度均为锐角；在所述第二管体外侧的中部设置有水流量传感器。

所述输水管还包括第一支撑管和第二支撑管，所述第一支撑管的一端固定在所述第一管体的中部，另一端固定在前一个小水袋的右侧壁上，所述第一支撑管、第一管体和右侧壁之间形成一个稳定的等边三角形的空间；所述第二支撑管的一端固定在所述第三管体的中部，另一端固定在后一个小水袋的左侧壁上，所述第二支撑管、第三管体和左侧壁之间形成一个稳定的等边三角形的空间，所述第一支撑管和第二支撑管为塑料棒。

本发明所述的演示煤炭水下开采的实验装置，其包括10个所述小水袋，从第1个～第5个小水袋的入水口设置在所述左侧壁的中部，处于靠近所述前侧壁的位置，出水口设置在所述右侧壁的下部，处于靠近所述后侧壁的位置；从第6个到10个小水袋的入水口设置在所述左侧壁的下部，处于靠近所述前侧壁的位置；从第6个到9个小水袋的出水口设置在所述右侧壁的中部，处于靠近所述后侧壁的位置。

本发明所述的演示煤炭水下开采的实验装置，其中，在所述顶板和所述底板的左右两侧还分别设置有保护板，由所述顶板和底板向左右两侧延伸而成，将所有所述小水袋的保护板依次相连，在相邻的两个所述小水袋间形成保护所述输水管的置物空间。

本发明所述的演示煤炭水下开采的实验装置，其中，所述顶板和所述底板为PVC板，所述前侧壁、后侧壁、左侧壁和右侧壁的截面为可折叠伸缩的齿形结构，由丁基橡胶制成。

本发明所述的演示煤炭水下开采的实验装置，其中，所述小水袋在使用前其内部处于完全压缩状态。