[发明专利]一种用于破碎岩体水沙两相渗流的变频渗透装置

说明书

一种用于破碎岩体水沙两相渗流的变频渗透装置，属于渗透试验技术领域。所述用于破碎岩体水沙两相渗流的变频渗透装置包括渗透仪和压力控制装置，渗透仪内部设置有碎石容腔，碎石容腔设置有至少一组对应的水沙容腔和过滤装置，水沙容腔设置有压头和第一进液管道，所述过滤装置设置有第一出液管道，压力控制装置包括上缸体和下缸体，下缸体设置有第二进液管道和第二出液管道，第二出液管道与第一进液管道连通，下缸体内设置有搅拌装置，搅拌装置的上方设置有活塞，活塞杆与速度控制仪连接。所述用于破碎岩体水沙两相渗流的变频渗透装置，提高了试验的准确性和稳定性，速度可调节，既保证了轴向加载的完成，又实现了水压均匀分布在破碎岩样上。

技术领域

本发明涉及渗透试验技术领域，特别涉及一种用于破碎岩体水沙两相渗流的变频渗透装置。

背景技术

对于生态脆弱矿区，煤炭粗放型开采势必造成覆岩导水裂缝贯通地表，含水层破坏，区域地下水位大范围、大幅度疏降形成大量矿井涌水。矿区地下水严重流失，植被大面积死亡，使本已十分脆弱的生态环境进一步恶化，严重影响了矿井安全高效开采。由于浅层水和流沙在顶板破坏时进入矿井，将会带来严重的经济损失。针对某矿区煤炭大规模、高强度开采产生大面积采空区和大量矿井水的普遍条件，2011年就发生了四次严重的工作面顶板突水溃沙事件，煤矿属于长期开采情况此类现象常有发生，为了更安全高效的开发煤炭资源，需进一步对突水溃沙的现象进行研究。

庄宁从细观力学角度论述了裂隙岩体渗流耦合过程中裂纹的萌生及扩展特征，但由于内部裂隙分布的不确定性，导致其渗流耦合分析较之其它均匀介质更加复杂。姚邦华将岩样上下端的过滤元件去除保证了颗粒的流出，但没有考虑水沙两相流速的影响。因此，急需研究破碎岩石水沙两相渗透流特性规律、突沙量的变化规律的渗透实验装置。

发明内容

为了解决现有技术存在的渗透试验过程复杂、没有考虑水沙两相流速等技术问题，本发明提供了一种用于破碎岩体水沙两相渗流的变频渗透装置，提高了试验的准确性和稳定性，速度可调节，既保证了轴向加载的完成，又实现了水压均匀分布在破碎岩样上，具有较好的开放性，为研究破碎岩石水沙两相渗流特性和突水溃沙机理提供了有效的试验手段。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种用于破碎岩体水沙两相渗流的变频渗透装置，包括渗透仪和压力控制装置；

所述渗透仪设置在可升降支座上，所述可升降支座的上方设置有渗透支架，所述渗透支架的顶部内壁设置有纵向加载装置，所述渗透仪内部设置有碎石容腔，用于放置破碎岩样，所述碎石容腔设置有至少一组对应的水沙容腔和过滤装置，所述水沙容腔设置有压头和第一进液管道，所述过滤装置设置有第一出液管道；

所述压力控制装置包括上缸体和下缸体，所述下缸体设置有第二进液管道和第二出液管道，所述第二出液管道与第一进液管道连通，所述下缸体的外部设置有液位计，所述下缸体内设置有搅拌装置，所述搅拌装置与电机连接，所述电机与电压控制装置连接，所述搅拌装置的上方设置有活塞，所述活塞的活塞杆设置在活塞管道的内部，所述活塞杆与速度控制仪连接。

所述水沙容腔和过滤装置的连接线为碎石容腔的对称中心线，所述水沙容腔设置在碎石容腔的一侧，所述水沙容腔与碎石容腔之间设置有若干个第一透水孔，用于使水沙容腔与碎石容腔连通，所述过滤装置设置在碎石容腔的另一侧，所述过滤装置与碎石容腔之间设置有若干个第二透水孔，用于使过滤装置与碎石容腔连通。

所述水沙容腔为圆柱筒状腔体结构，所述压头设置在水沙容腔的顶部。

所述过滤装置包括上过滤片和下过滤片，所述上过滤片与碎石容腔连通，所述上过滤片活动安装在下过滤片的内部，所述上过滤片和下过滤片的连接处设置有纱布。

所述第二进液管道设置在下缸体的侧壁上部，所述第二出液管道设置在下缸体的底部，所述第二出液管道设置有第二阀门。