[发明专利]带渗流装置的保水开采“声发射-红外辐射”实验系统

权利要求书

1.一种带渗流装置的保水开采“声发射-红外辐射”实验系统，其特征在于，包括实验模具(33)、双向加载系统、渗流测试系统、声发射监测系统、红外监测系统和数据采集系统(36)；

所述实验模具(33)为箱体结构用于盛装试验材料，实验模具(33)顶部设有进水口(14)，底端设有集水槽(10)，所述集水槽(10)设有出水口(22)，所述进水口(14)和出水口(22)分别与渗流测试系统相连；

所述双向加载系统包括轴向加载系统和侧向加载系统，向实验模具(34)提供轴向压力和侧向压力；

所述声发射监测系统包括声发射探头(37)和信号放大器(38)，所述声发射探头(37)设置在实验模具后侧并与信号放大器(38)连接；

所述红外监测系统包括支架(35)和红外热像仪(34)，所述红外热像仪(34)通过支架(35)安装在实验模具前侧；

所述数据采集系统(36)用于将双向加载系统、渗流测试系统、声发射监测系统、红外监测系统收集的数据进行记录与分析；

所述实验模具(33)的箱体结构由顶部密封盖(3)、侧面钢板(24)、后侧钢板(25)、前侧高强度透明玻璃板(7)和底部渗透板(9)围成，所述后侧钢板(25)设有孔槽，所述实验模具设置在底座(13)上，所述集水槽(10)设置在底部渗透板(9)与底座(13)之间，所述底部渗透板(9)设有漏水孔，所述进水口(14)设置在顶部密封盖(3)上，出水口(22)设在集水槽(10)上，所述进水口(14)和出水口(22)分别与渗流测试系统相连，所述底座(13)为凹形槽结构，底座(13)内设有底部荷载传感器(12)；

所述轴向加载系统设置在实验模具(33)上侧，侧向加载系统对称设置在实验模具(33)两侧，所述轴向加载系统包括轴向伺服加载压力机(1)、轴向压头(2)和顶部渗透加压板(4)，所述顶部渗透加压板(4)设有透水孔，所述侧向加载系统从实验模具(33)外侧到实验模具(33)内侧依次设有气/油压泵(18)、气/油压计(17)、气/油压阀(16)、进气口(15)、矩形气/油囊(5)和侧向加压板(6)，所述矩形气/油囊(5)和侧向加压板(6)设置在实验模具(33)内侧；

所述流渗测试系统包括水箱(23)、柱塞泵(21)、溢流阀(20)、进水口流量计(19)、进水口水压力传感器(26)、出水口水压力传感器(27)和出水口流量计(28)，所述柱塞泵(21)、溢流阀(20)、进水口流量计(19)、进水口水压力传感器(26)依次相连并与进水口(14)和水箱(23)相连，所述出水口水压力传感器(27)、出水口流量计(28)依次相连并与出水口(22)和水箱(23)相连。

2.根据权利要求1所述的一种带渗流装置的保水开采“声发射-红外辐射”实验系统，其特征在于，所述实验模具(33)各个侧面的接触面设有密封圈(11)并通过螺栓(8)连接。

3.一种带渗流装置的保水开采“声发射-红外辐射”实验方法，其特征在于，该方法基于权利要求1-2所述的一种带渗流装置的保水开采“声发射-红外辐射”实验系统，包括以下步骤：

步骤一：根据研究区域的地质条件确定合理的相似比，将从现场采集的岩(煤)或采用相似模拟材料制作成适合实验模具(33)尺寸；

步骤二：组装、调试实验系统，检测各系统和设备是否工作正常，将红外热像仪(35)固定到合适高度，并对实验模具(33)进行密封性测试；

步骤三：制作模型，在实验模具(33)内表面均匀涂上一层润滑油，将已经制作好的岩(煤)样按照研究区域的地层结构，隔水层(29)、岩层(30)，煤层(31)、采空区(32)依次铺设到实验模具(33)中；

步骤四：调节轴向压头(2)与顶部渗透加压板(4)接触，不施加载荷，调节侧向压力板(6)与所述步骤三中制作好的模型侧面接触，不施加荷载；

步骤五：施加稳定水压力和流量，打开柱塞泵(21)，控制溢流阀(20)设置所需的水压力和流量，渗流及水压稳定后，测试未加载时模型初始渗流量；

步骤六：按照研究区域的实际地质条件计算出水平应力，调节气/油压泵(18)对矩形气/油囊(5)供气对模型施压，按照实验要求模拟采动应力路径输入到轴向伺服加载系统，施加轴向压力；

步骤七：通过前侧高强度透明玻璃板(7)观察实验过程中覆岩的裂隙发育规律及渗流特征，监测加载过程中的压力、位移、渗流量等数据变化；

步骤八：利用声发射探头(37)和红外热像仪(34)分别实时监测实验过程中声发射振铃数和温度变化；

步骤九：数据采集，通过数据采集系统(36)采集轴向压力、侧向压力、温度以及不同时刻的渗流量，保证各组采集数据相互对应；

步骤十：数据分析，将实验过程中采集的的数据进行对比分析，研究煤层开采全过程中覆岩及隔水层的裂隙发育规律及渗流演变特征。