[发明专利]一种采空区探放水实验装置及其工作方法

说明书

本发明公开了矿井水文地质技术领域的一种采空区探放水实验装置及其工作方法，包括探放水系统、采空区系统和采空区补给系统，探放水系统由采煤工作面模型、钻场模型、探放水钻孔模型、流量计和过滤器构成，采空区系统由采空区模型、矸石模型和悬浮物构成，采空区补给系统由富水海绵体、加压装置、渗水管路、电源、涌水管路和高位水箱构成，本实验装置为采空区积水探放情况提供合理的评价，不需要在现场开展大量的工程，简单易实施，可以对不同的钻孔设计及采空区条件下的疏放水效果进行评价，使用范围广；而且实验的时间短，效率高，实验装置大部分可以重复利用，费用低，实验结果可以直观的观测，效果好。

技术领域

本发明涉及矿井水文地质技术领域，具体为一种采空区探放水实验装置及其工作方法。

背景技术

煤炭是人类赖以生存的主要能源，我国煤炭开采历史悠久，形成了大量采空区，采空区积水对周边煤炭开采构成了巨大的威胁。因此，需要对周边采空区探放水。但采空区形状不规则、水量不明、矸石较多、补给性复杂，探放水工程设计是否合理难以评估。另外，探放水工程成效现场显现不直观，需要开展室内实验。传统的实验装置结构复杂且不易实施，不可以直观的看到采空区积水在设计的探放水工程下的演化规律，不能对研究不同条件采空区探放水内在机理等提供了实验手段，故亟需设计一种摒弃传统实验装置缺陷的新式实验设备，基于此，本发明设计了一种采空区探放水实验装置及其工作方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采空区探放水实验装置及其工作方法，以解决上述背景技术中提出的亟需设计一种摒弃传统实验装置缺陷的新式实验设备的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种采空区探放水实验装置，包括探放水系统、采空区系统和采空区补给系统，所述探放水系统由采煤工作面模型、钻场模型、探放水钻孔模型、流量计和过滤器构成，所述采空区系统由采空区模型、矸石模型和悬浮物构成，所述采空区补给系统由富水海绵体、加压装置、渗水管路、电源、涌水管路和高位水箱构成。

进一步的，所述采煤工作面模型为中空设计且位于采空区模型下方，所述采煤工作面模型的两边突出位置连通设置有可移动的钻场模型。

进一步的，所述富水海绵体位于加压装置容腔内，所述加压装置容腔与采空区模型之间通过渗水管路连通，所述加压装置与电源通过开关和导线电连接，所述加压装置为可调加压装置。

进一步的，所述高位水箱通过涌水管路与采空区模型连通，所述高位水箱的高度可调节。

进一步的，所述探放水钻孔模型分别与采空区模型和钻场模型连通，所述采空区模型为透明设计且形状可调，并在垂向上固定有标尺，所述采空区模型底部形状可调且内部充填有水、矸石模型和悬浮物，所述矸石模型大小和形状可调，所述悬浮物数量和大小可调。

进一步的，所述探放水钻孔模型中部设置有流量计，所述探放水钻孔模型前端部设置有过滤器，所述探放水钻孔模型为中空设计，所述探放水钻孔模型长度、孔径和位置可调。

一种采空区探放水实验装置工作方法，包括如下步骤：

步骤一：采空区系统设计，采空区系统由采空区模型、矸石模型和悬浮物构成，其中，采空区模型通过现场的电法、地质雷达及瞬变电磁等地球物理勘探手段获取采空区实际范围；然后，按照一个几何比n缩小；最后，依据缩小后的模型尺寸，依据拐点设计出采空区模型，此时固定采空区模型让其不再变形，矸石模型则通过采空区的资料进行数值模拟实验，获取冒落区的矸石形状和大小，从钻孔柱状图中获取矸石的岩性，按照几何比n缩小，并放置相同岩性的矸石在采空区模型中，此外，通过在现场实施钻孔获取采空区积水的水样，通过室内激光粒度分析仪测试分析水样中5μm以下，5μm-10μm之间，10μm以上颗粒所占的百分比，按照相应的几何比n缩小，并放置相同岩性的悬浮物在采空区模型中；最后，依据现场钻孔的水位观测，按照几何比n缩小后，对采空区模型注入相同的水位的积水；