[实用新型]一种底板突水过程相似材料模拟实验装置

说明书

本实用新型公开了一种底板突水过程相似材料模拟实验装置,涉及煤层底板突水技术领域，包括：二维相似材料模拟实验台通过四个侧向支撑固定，每个侧向支撑均与混凝土地基固定；上覆载荷施加部分包括多个圆钢，每个圆钢上均焊接有提手；含水层模拟部分包括水箱和骨料模拟含水层，水箱一侧的底部设置进水口和放水口；水压自动控制加载部分，包括依次顺序设置在总管线上的阀门A、阀门B、放水阀A、止回阀、调压阀A和阀门E。本实用新型有益效果是，能够有效模拟底板突水过程及导水通道发育过程，并能够做到突水过程中的多元信息数据监测。

技术领域

本实用新型涉及煤层底板突水技术领域，尤其涉及一种底板突水过程相似材料模拟实验装置。

背景技术

在煤矿重特大灾害事故中，水害事故起数仅次于瓦斯事故，尤其是深部煤层底板突水事故增加，严重影响了深部煤炭资源的安全高效开采。

有学者把煤层底板的突水过程解释如下：煤层底板突水是采动矿压和底板承压水水压力共同作用的结果，采动矿压力使底板的隔水层出现一定深度的导水破裂缝，从而使岩体强度降低，隔水性能削弱，使底板渗流场重新分布，在承压水沿导水破裂继续渗入时，岩体就因为受到渗水软化从而致使导水破裂缝继续向上扩展，直到两者的相互作用使底板隔水层岩体的最小主应力小于承压水的水压力时，便产生了压裂扩容从而产生突水。也有学者认为，解释突水机理主要有两条基本观点：一是在底板水文地质结构中存在与水源相通的固有富水强渗通道，当它在采掘过程中被穿过时，即有可能产生突发性大量突水，构成突水灾害；二是在底板中并不存在这种强渗通道，但是在工程应力、地壳应力和地下水等共同作用下，在底板岩体结构以及固有的水文地质薄弱带发生变形、蜕变和破坏，从而形成新的贯穿性的强渗通道，进而导致突水。

深部矿井充水水文地质条件日趋复杂，突水影响因素增多，许多煤层底板突水事故不仅仅与突水系数中水压和厚度两个因素有关，突水机理和类型复杂多变。底板岩体处于高应力-高承压水及原始构造环境下，需要考虑水压力与岩体裂隙扩展的关系，还应考虑岩层中存在的裂隙、断裂、岩溶陷落柱等构造。实践表明，煤层开采过程中出现临空面，使煤层底板应力重新分布，进而引起新裂隙的萌生、扩展，裂隙逐步扩展延伸以至相互搭接贯通，进而导致裂隙扩展至采空区临空面，即底板突水通道形成是以裂纹扩展为起因，以裂隙贯通为突破口。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型公开了一种底板突水过程相似材料模拟实验装置。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种底板突水过程相似材料模拟实验装置，包括二维相似材料模拟实验台、上覆载荷施加部分、含水层模拟部分和水压自动控制加载部分，其中：

二维相似材料模拟实验台，试验台的四个角通过四个侧向支撑固定，试验台的两个立柱上均匀布置用于安装防护槽钢和钢化玻璃的多组螺孔，位于试验台同侧的两个侧向支撑之间还安装有第一钢板，每个侧向支撑均与混凝土地基固定；

上覆载荷施加部分，包括多个圆钢，每个圆钢上均焊接有提手，第二钢板插入提手中并置于防护槽钢上；

含水层模拟部分，包括水箱和骨料模拟含水层，水箱一侧的底部设置进水口和放水口，进水口与水压自动控制加载部分的总管线相连接；

水压自动控制加载部分，包括依次顺序设置在总管线上的阀门A、阀门B、放水阀A、止回阀、调压阀A和阀门E，位于阀门A与阀门B之间的第一分支管线上还安装有阀门C，第一分支管线连接至增压泵，增压泵上安装有压力自动控制器，增压泵还与第二分支管线连接，第二分支管线连接至阀门B和放水阀之间的总管线。

进一步地，侧向支撑均包括支撑槽钢和斜支撑，支撑槽钢的一端与试验台固定连接，另一端通过两个化学膨胀螺栓与混凝土地基固定；斜支撑的一端与立柱固定连接，另一端与支撑槽钢连接。

进一步地，第一钢板的三个侧面分别与试验台、两个斜支撑固定连接。