[发明专利]模拟采空区三带煤岩体渗透扩散吸水的试验系统及方法

说明书

本发明提供一种模拟采空区三带煤岩体渗透扩散吸水的试验系统及方法，属于煤岩体渗透特性研究的技术领域，该系统中煤岩试件包括完整型煤试件、含裂隙型煤试件以及散煤试件；渗透试验装置包括缸体；缸体包括与供水装置连通的进水区、用于放置煤岩试件且具有可视窗的试验区以及与水质分析装置连通的排水区；供水装置用于向排水区提供模拟水源；钻芯装置包括用于对含裂隙型煤试件钻芯取样的取样器；水质分析装置用于收集并分析从排水区排出的水样；图像化装置用于透过可视窗记录含裂隙型煤试件中裂隙的扩展与发育情况。此系统可以模拟采空区三带煤岩体渗透扩散吸水并研究不同水质、不同水压的地下水在渗透过程中对煤岩体的作用。

技术领域

本发明涉及的煤岩体渗透特性研究的技术领域，特别是涉及一种模拟采空区三带煤岩体渗透扩散吸水的试验系统及方法。

背景技术

在煤矿生产过程中，水害防治是生产及科研的一大技术难题，尤其是严重影响煤矿安全生产的采空区积水的水害防治问题。据不完全统计，矿井恶性水害事故90%以上是老空透水引发的。通常将采空区由下而上依次分为冒落带、裂隙带和弯曲沉降带三个部分，冒落带内散煤岩块之间空隙较多，连通性较强，裂隙带具有与采空区连通的导水裂隙但总体连续性未受破坏，弯曲沉降带则基本保持其原来的透水性能。同时矿井地下水其组成物质复杂，富含K⁺、Na⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等化学物质以及泥沙等物理物质，其在运动过程中不断地对煤岩体进行溶蚀, 使岩层中原有的孔隙和裂隙扩展,而突水事故又与裂隙带的萌生、扩展、贯通等息息相关。

现阶段，针对不同水质对煤岩体作用的研究多集中于钻井工程领域，而对于突水过程中不同水质的水对裂隙溶蚀，影响裂隙扩展的研究较少，同时针对采空区三带的渗透特征的研究也鲜见报道。因此研究采空区三带内水的渗透规律以及不同水质、不同水压对煤岩体的作用显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟采空区三带煤岩体渗透扩散吸水的试验系统及方法，以模拟采空区三带煤岩体渗透扩散吸水并研究不同水质、不同水压的地下水在渗透过程中对煤岩体的作用。

本发明提供一种模拟采空区三带煤岩体渗透扩散吸水的试验系统，包括煤岩试件、渗透试验装置、供水装置、钻芯装置、水质分析装置和图像化装置；煤岩试件包括用于模拟弯曲沉降带的完整型煤试件、用于模拟裂隙带的含裂隙型煤试件以及用于模拟冒落带的散煤试件；渗透试验装置包括缸体；缸体包括与供水装置连通的进水区、用于放置所述煤岩试件且具有可视窗的试验区以及与水质分析装置连通的排水区；供水装置用于向进水区提供不同水质、不同水压的模拟水源；钻芯装置包括用于对含裂隙型煤试件进行钻芯取样的取样器；水质分析装置用于收集并分析从排水区排出的水样；图像化装置用于透过可视窗记录所述含裂隙型煤试件中裂隙的扩展与发育情况。

进一步地，进水区、试验区以及排水区横向设置。

进一步地，渗透试验装置还包括用于封闭缸体开口的压盖；压盖上设置有供取样器取样的取样口。

进一步地，进水区和试验区之间以及试验区与排水区之间通过设置在缸体内壁上的环形挡板分隔；环形挡板与缸体内壁之间设置有密封条。

进一步地，渗透试验装置还包括筛网；环形挡板上设置与筛网配合的嵌合槽。

进一步地，供水装置包括第一储水罐、注水泵和水表；第一储水罐和注水泵之间、注水泵与水表之间以及水表与进水区的进水口之间均通过管路连接。

进一步地，水质分析装置包括通过管路与排水区的排水口连接的第二储水罐，以及用于检测第二储水罐中水样的水质分析仪。

进一步地，图像化装置包括设置在可视窗前方的高速摄像机以及与高速摄像机连接且安装有高清采集卡的电脑。