[发明专利]一种邻近承压含水层开采岩层移动实验装置及方法

权利要求书

1.一种邻近承压含水层开采岩层移动实验装置，其特征在于：包括内装有 模拟煤岩层的模拟架(1)和埋设于所述模拟架(1)上部的模拟岩层(9)中的 若干个承压含水层模拟装置，若干个所述承压含水层模拟装置沿所述模拟架(1) 长度方向依次排列布置，所述承压含水层模拟装置包括底座(2)、顶梁(3)、轻 型液压油缸(4)、两根支撑杆(5)、高压油管(7)、液压泵(8)、应力传感器(10)、 数据线(11)和数据采集器(12)，两根所述支撑杆(5)分别设置于所述轻型液 压油缸(4)的两侧，所述轻型液压油缸(4)包括活塞杆(41)、缸筒(42)和 后法兰(43)，所述后法兰(43)与所述缸筒(42)的下端固定连接，所述后法 兰(43)固定在所述底座(2)上，所述高压油管(7)的一端与所述轻型液压油 缸(4)相连，另一端伸出所述模拟架(1)外与所述液压泵(8)连接，所述液 压泵(8)出口处设有单向阀(81)和压力表(82)，所述应力传感器(10)设置 于所述活塞杆(41)的上端，通过所述数据线(11)将所述应力传感器(10)与 所述数据采集器(12)相连，所述支撑杆(5)的最小高度大于所述轻型液压油 缸(4)的最小高度，相邻所述承压含水层模拟装置的所述底座(2)的端部相接 触，相邻所述承压含水层模拟装置的所述顶梁(3)的端部相接触。

2.根据权利要求1所述的邻近承压含水层开采岩层移动实验装置，其特征 在于：所述支撑杆(5)包括内管(51)和外管(52)，所述内管(51)的上端固 定在所述顶梁(3)的下表面，所述外管(52)的下端固定在所述底座(2)的上 表面，所述外管(52)的内径略大于所述内管(51)的外径，所述内管(51)的 下端能沿所述外管(52)的内壁上下滑动。

3.根据权利要求1所述的邻近承压含水层开采岩层移动实验装置，其特征 在于：所述轻型液压油缸(4)的工作压力为0.3～7.0MPa，高度为120～195mm。

4.根据权利要求1所述的邻近承压含水层开采岩层移动实验装置，其特征 在于：所述顶梁(3)和所述底座(2)的长度均与所述模拟架(1)的宽度H相 等。

5.根据权利要求1所述的邻近承压含水层开采岩层移动实验装置，其特征 在于：所述顶梁(3)和所述底座(2)的宽度小于50mm。

6.根据权利要求1所述的邻近承压含水层开采岩层移动实验装置，其特征 在于：所述内管(51)的外径为20mm，内管(51)的高为125mm，外管(52) 的高为120mm。

7.根据权利要求1所述的邻近承压含水层开采岩层移动实验装置，其特征 在于：所述内管(51)的壁厚不小于2mm。

8.根据权利要求1所述的邻近承压含水层开采岩层移动实验装置，其特征 在于：所述液压泵(8)上还设有手柄(13)。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的邻近承压含水层开采岩层移动实验装 置，其特征在于：所述内管(51)的表面设有刻度。

10.权利要求1-9任意一项所述的邻近承压含水层开采岩层移动实验装置的 实验方法，其特征在于：包括如下步骤：

(a)以砂子为骨料，碳酸钙、石膏为胶结材料，硼砂为缓凝剂，在所述模 拟架(1)内由下往上逐层铺设模拟岩层(9)，在所述模拟架(1)上部的所述模 拟岩层(9)中埋设若干个所述承压含水层模拟装置，再依次铺设含水层的顶板 模拟岩层(91)；

(b)模拟岩层(9)铺设好后，在自然条件下风干，试验前，首先通过所述 液压泵(8)将高压液体注入所述轻型液压油缸(4)，所述活塞杆(41)可由油 液压力推出，顶紧在所述顶梁(3)下，并继续缓慢加载直至所述压力表(82) 显示达到模拟承压含水层水压，并在所述顶板模拟岩层(91)上部放置配重块 (11)，之后保持稳压状态；

(c)对所述模拟架(1)内部的模拟煤层(14)进行分步开挖，通过所述数 据采集器(12)采集所述应力传感器(10)的数据，同时观测每次开挖后所述模 拟煤层(14)上方的所述模拟岩层(9)裂隙发育高度，得到裂隙发育高度与工 作面推进位置的之间的关系；

(d)每次开挖后，保持稳压状态，待所述模拟岩层(9)稳定后，再进行下 一次的开挖，在开挖的全过程要保证轻型液压油缸(4)处于恒压状态，受采动 影响，当所述模拟岩层(9)的裂隙发育高度波及到承压含水层的顶板模拟岩层 (91)时，岩层移动会使顶板模拟岩层(91)的压力小于所述轻型液压油缸(4) 的支撑力，所述压力表(82)读数降低，将高压液体经所述高压油管(7)注入 所述液压油缸(4)，所述活塞杆(41)升起，从而达到恒压状态。