[发明专利]模拟深部断层形成、断层活化和断层突水的物理试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种模拟深部断层形成、断层活化和断层突水的物理试验装置，两个侧板的底部均固定在固定边界上，且与顶板、底板均紧密接触；水箱底面固定在固定边界上，水箱的两端与两个侧板刚性连接；顶板两端与侧板紧密接触，顶板上贯通的开设有多个矩形连接孔和切割缝；底板两端与侧板紧密接触，底板上贯通的开设有多个矩形连接孔和切割缝；油缸A和油缸B分别设置于顶板的左、右两端；底板底面与水箱顶面由钢性弹簧连接，两个侧板前、后边缘上均开设有对称的螺孔，有机玻璃通过螺钉将与侧板固定连接；同时公开了模拟试验方法。本发明中的装置结构设计新颖、组装方便，模拟试验过程操作简单，可视化程度高，可一次性完成多种可视化模拟试验过程。

技术领域

本发明涉及煤矿地下开采物理模拟试验技术领域，尤其涉及一种模拟深部断层形成、断层活化和断层突水的物理试验装置及方法。

背景技术

随着我国矿井开采向深部发展，深部断层活化引起的动力灾害越来越频繁，80％的底板突水事故与断层有关。然而，煤矿地下开采的地质条件具有复杂性，且受目前科研技术的限制，很难在现场条件下研究断层活化突水的机理。因此，为了揭示深部断层活化突水机理，为煤层实际开采中断层活化突水的预测、预报及评价做参考，开发一种符合实际且可模拟深部断层活化突水的室内物理试验装置显得尤为重要。

目前，关于底板突水的室内物理模拟设备已有很多，但关于断层活化突水的模拟设备则较少。

为了研究断层活化突水机理，目前对断层活化的模拟试验大多是通过人工错层铺设来实现的，这与实际情况多有不符。首先，其违背了实际断层形成的力学机制，断层的形成是在地应力作用下发生了层间错位，为一力学作用下的动态过程，并不是将相似材料错层铺设的静力状态；其次，目前断层落差、倾角的物理模拟也是通过人为错层铺设一定的高差和倾斜角度实现的，这也不符合实际断层落差、倾角形成的力学机制；最后，断层活化突水是一个断层在采动影响下发生失稳、滑移，进而导通含水层的过程，物理模拟试验应同时满足水压、矿压联合作用的要求，并可实现断层活化的动态模拟过程，现场断层活化难以观测，为揭示断层活化过程，模拟试验设备应具有监测的可视化与数据化。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种模拟深部断层形成、断层活化和断层突水的物理试验装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：模拟深部断层形成、断层活化和断层突水的物理试验装置，包括：

两个侧板，两个所述侧板的底部均固定在固定边界上，且与顶板、底板均紧密接触；

水箱，其底面固定在固定边界上，水箱的两端与两个侧板刚性连接；

顶板，为组合板式结构，其两端与侧板紧密接触，所述顶板上贯通的开设有多个矩形连接孔和切割缝；

底板，为组合板式结构，其两端与侧板紧密接触，所述底板上贯通的开设有多个矩形连接孔和切割缝；

油缸A和油缸B，分别设置于顶板的左、右两端，油缸A和油缸B均可伸缩；

有机玻璃，两个侧板前、后边缘上均开设有对称的螺孔，有机玻璃通过螺钉将与侧板固定连接。

进一步地，所述底板上设置的矩形连接孔和切割缝数量多于顶板上设置的矩形连接孔和切割缝数量。

进一步地，所述矩形连接孔中均可插入矩形钢条。

进一步地，底板上相邻的两块组合板之间均通过矩形钢条实现组合连接，且每块组合板的底面上均设有刚性弹簧。

进一步地，水箱的顶面上还设有多个可关闭和打开的出水螺孔，成排的钢性弹簧的底部与水箱顶面固定连接。

进一步地，所述底板上设有出水孔，水箱内的水可以通过出水孔流入铺设好的岩层。

进一步地，所述底板的上表面还设有监测含水层水压的水压力传感器。