[实用新型]一种测试煤矿开采过程中溃水溃砂启动条件的实验装置

说明书

本实用新型公开一种测试煤矿开采过程中溃水溃砂启动条件的实验装置，包括：容置实验样品的容置腔体、向容置腔体内的实验样品提供松散层土体原位压力等效加载的土压力等效补给系统、向容置腔体内注水的水位加载系统、以及向容置腔体提供水头压力等效加载的水面气压补给系统；容置腔体内设置有放置在实验样品底部且具有裂隙通道的基岩试件，基岩试件上部设置有与水压力信息采集器通信连接的水压力传感器。本实用新型能够对溃水溃砂灾害启动条件开展系统性的实验研究，能够对溃水溃砂灾害的启动前孔隙水压力的变化信息实现有效采集从而为灾害预警提供依据，为溃水溃砂灾害的防治提供理由依据，以预防经济损失，提高井下开采环境的安全性。

技术领域

本实用新型涉及煤矿实验相关技术领域，特别是一种测试煤矿开采过程中溃水溃砂启动条件的实验装置。

背景技术

煤炭资源采出后形成采空区，采空区上部岩体由于失去底部约束导致整个覆岩体稳定状态被打破，覆岩体在重力作用下而向采空区方向发生垮落、移动、沉降，经过长时间的内部应力调整最终达到新的平衡状态。从原始应力平衡状态到新的应力平衡状态调整过程中，覆岩体内部发生了巨大的破坏，而岩体破坏过程即是岩体内部裂隙“萌生-发展-贯通-闭合”的发育过程。

我国西部煤炭资源储量丰富，煤炭赋存条件简单，极其适合大规模机械化开采。浅层煤开采过程中普遍会遇到基岩试件厚度薄、松散层厚度大且松散层内水头高度较大的工况条件。由于基岩试件厚度小，采动影响下整个基岩试件层完全垮落，岩体裂隙贯穿整个基岩试件层，形成了连接松散含水层和采空区的裂隙通道，导致水砂沿基岩试件裂隙溃涌至采煤工作面，堆积的砂体将液压支架和采掘设备掩埋导致液压支架无法随工作面推进向前移动，溃涌水砂混合物导致井下涌水量突增且夹带泥沙的水无法使用水泵直接外排，严重影响正常采掘工作进度并对井下工人生命安全构成严重威胁。

近年来，西部矿区已发生多次溃水溃砂事故，矿山生产单位针对溃水溃砂做了大量的灾害防治工作，主要工作包括：采前疏放水、基岩试件顶部松散层灌注水泥浆，在取得一定防灾减灾效果的同时也花费了巨大的人力、物力和财力。目前，矿山生产单位在开展疏放水过程中遇到的问题为：水头高度需要控制在什么范围是安全的，基岩试件厚度低于多少是安全的，基岩试件顶部松散层灌注水泥浆需要至少注至什么程度。需要确定溃水溃砂发生的各种主控因素的量化关系，从而改变现有技术实施过程中缺乏理论指导、盲目增加放水孔、盲目加大注浆量的技术现状。

针对现场施工中遇到的问题，众多专家学者开展了大量研究，研究成果显示溃水溃砂灾害的发生与众多影响因素有关，其中工作面上覆基岩试件厚度、黏土层厚度、松散含水层厚度、采动基岩试件裂隙特征均为溃水溃砂灾害启动的重要影响因素。但是，溃水溃砂灾害启动条件的定量研究成果相对稀缺，主要原因为多因素影响下溃水溃砂灾害的启动条件需要大量的实验样本数据，而目前可以提供参考的数据仅为灾害现场的工程条件，缺少完备的室内模拟试验设备严重制约了溃水溃砂灾害定量化研究的进程。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有技术缺少完备的测试煤矿开采过程中溃水溃砂启动条件的室内模拟试验设备的技术问题，提供一种测试煤矿开采过程中溃水溃砂启动条件的实验装置。

本实用新型提供一种测试煤矿开采过程中溃水溃砂启动条件的实验装置，包括：容置实验样品的容置腔体、与所述容置腔体连接向所述容置腔体内的实验样品提供松散层土体原位压力等效加载的土压力等效补给系统、与所述容置腔体连接向所述容置腔体内注水的水位加载系统、以及与所述容置腔体连接向所述容置腔体提供水头压力等效加载的水面气压补给系统；

所述容置腔体内设置有放置在所述实验样品底部且具有裂隙通道的基岩试件，所述基岩试件上部设置有与水压力信息采集器通信连接的水压力传感器，所述容置腔体底部设置有能开合的开孔区域，所述裂隙通道下端出口位于所述开孔区域。