[发明专利]一种底板突水模拟实验中的承压水水位测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种底板突水模拟实验中的承压水水位测量装置和方法。承压水水位测量装置，包括依次连接的承压水模拟管、保压管、取水管，承压水水位测量装置还包括储水管和超声波传感器；承压水模拟管为直径固定的薄壁软管，所述承压水模拟管竖直设置在底板突水模拟实验的模型中；保压管的管壁为刚性材料制成，保压管竖直设置，其底端设置水平管，水平管与承压水模拟管相连接，保压管顶端与取水管相连接；储水管顶端设置有超声波传感器，超声波传感器的感应头与储水管的水面垂直。本发明实验装置部署简单，成本低，也为研究承压水水位的变化规律及其相关问题提供了数据支持。

技术领域

本发明涉及底板突水相似材料模拟实验的实验装备，尤其涉及一种底板突水模拟实验中的承压水水位测量装置及方法。

背景技术

相似材料模拟实验是采用与原理物理力学性质相似的材料，按一定的几何相似常数缩制成试验模型进行相应的目的的研究的一种试验方法，相比于传统结构模型试验更适用于矿山领域岩体突水的模型试验研究。采用这种方法模拟覆岩采动过程，研究其变形破坏规律可以节省大量的观测费用，而且结果更加直观，是进行承压水上开采相关研究的一大重要手段。在进行与承压水上开采有关的相似材料模拟实验时，为了得到承压水水位在不同开采条件和工作面推进不同距离时以及起来变量变化时所在的高度，现在大多采用定点打孔的方法，当出水口有水溢出时，则表明承压水此时到达该出水口的高度。这种方法由于受限于打孔的密度，只能采集数个承压水水位的数据，数据不足这就是限制了对承压水水位的变化规律及其相关问题的研究。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种底板突水模拟实验中的承压水水位测量装置。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种底板突水模拟实验中的承压水水位测量装置，包括依次连接的承压水模拟管、保压管、取水管和储水管，承压水水位测量装置还包括超声波传感器；

承压水模拟管为直径固定的薄壁软管，承压水模拟管竖直设置在底板突水模拟实验的模型中；

保压管的管壁为刚性材料制成，保压管竖直设置，保压管底端设置水平管，水平管与承压水模拟管相连接；保压管顶端与取水管相连接；

取水管为软管，所述储水管底部设有开口，取水管的一端与储水管底部的开口相连；

所述储水管顶端设置有超声波传感器，所述超声波传感器的感应头与储水管的水面垂直。

进一步地，承压水模拟管的底端水平穿出实验模型，并与保压管底端的水平管相连。

进一步地，保压管底端的水平管上设置有止水阀。

进一步地，承压水模拟管直径小于储水管直径。

进一步地，承压水模拟管直径为0.6mm，所述储水管直径为12mm。

进一步地，储水管直径与超声波传感器有效探测范围的直径相等。

进一步地，超声波传感器通过信号传输线与电脑相连。

进一步地，信号传输线通过USB接口连接在电脑上；电脑通过串口监控器接收并显示超声波传感器收集的数据。

基于上述承压水水位测量装置的承压水水位测量方法，包括：

在铺设底板突水相似性材料模拟实验的实验模型过程中，设置承压水模拟管；

当实验模型发生突水时，承压水模拟管产生负压，压力通过保压管和取水管，取水管从储水管吸水最终流入承压水模拟管；

通过超声波传感器采集的储水管中水位高度变化，计算承压水模拟管中的水位，即得到模拟承压水水位。