[发明专利]一种模拟多类型导水通道耦合流动的试验系统及方法

说明书

本发明提供了一种模拟多类型导水通道耦合流动的试验系统及方法，涉及采矿工程模拟试验技术领域。试验系统包括控制装置、数据采集装置和试验腔，底座上设置有箱体结构，箱体结构内部空间为第一试验腔，箱体结构上部的滑轨上设置有滑块，滑块调整第二试验腔和第一试验腔之间的连通面积，第二试验腔的左右挡板通过液压油缸调整倾角，第三试验腔的上下挡板通过液压油缸调整高度。试验腔的第一试验腔、第二试验腔和第三试验腔连通，并且均布置有预留注浆孔。试验腔内铺设相似材料，利用该试验系统可以模拟接触面积、断层倾角、地应力、断层滑移对承压水流动的影响，以及不同注浆方法对突水的影响，为矿井突水预测预报及治理提供依据。

技术领域

本发明涉及采矿工程模拟试验技术领域，尤其是一种模拟多类型导水通道耦合流动的试验系统及方法。

背景技术

矿井涌水量是矿井建设和生产过程中流入巷道内的地表水、裂隙水、老窑水、岩溶水的总量，也是进行矿井开采设计和矿井水治理的重要指标。目前，勘探阶段预测的涌水量和开采后矿井的实际涌水量相比误差超过50％，有的甚至达到数十倍。矿井涌水量的准确预测一直是煤矿地质工作者的难题，合理准确预测矿井生产建设过程中涌水量的变化仍然十分困难。

现有的预防突水理论大多是从安全系数的角度对预防突水进行定性分析，如有效隔水层理论，突水系数法等。还有的理论是从底板空间结构的完整性上进行论述，如下三带理论、下四带理论均是在已有隔水层作用的基础上减去已经破坏的岩层，最终得到一个相对的安全系数，仍是进行定性的预测；另外薄板理论以及关键层理论均与此相类似。上述理论对判定突水发生的统计概率意义，但难以准确判别突水发生的位置，更无法预测突水水量。

矿井涌水特征主要是矿井水在导水结构中的水流流动机理，只有搞清楚矿井水在不同导水结构体在煤层开采过程中的流动规律才能对导水量、淹水面积及突水烈度进行定量化的描述，做好应急管理预案。为揭示矿井水突出过程中，在流固耦合作用影响下突水不同时刻，不同结构体上承压水的运移耦合规律，进行较准确的矿井涌水量预测。考虑到岩体应力峰值前后的渗透率差异性特征以及裂隙粗糙度特性，配合断层精细探查数据，对矿井突水发生时的突水水量进行预测，实现突水量的模拟预测预报，为制定合理的突水应急管理预案提供依据，需要一种可以模拟多类型导水通道耦合流动的试验系统及方法。

发明内容

为了更好的模拟接触面积、断层倾角、地应力、断层滑移对承压水流动的影响，以及不同注浆方法对突水的影响，为矿井突水预测预报及治理提供依据，本发明提供了一种模拟多类型导水通道耦合流动的试验系统及方法，具体技术方案如下。

一种模拟多类型导水通道耦合流动的试验系统，包括控制装置、数据采集装置和试验腔，控制装置包括水压水量伺服控制装置和液压伺服控制装置，用于控制进水管路加载；数据采集装置包括计算机、水压传感器和流量传感器，用于采集试验数据，底座和顶板之间固定设置有多个立柱，所述试验腔包括第一试验腔、第二试验腔和第三试验腔；所述底座上设置有箱体结构，箱体结构内部的空间为第一试验腔；所述箱体结构上部的滑轨上设置有第一滑块和第二滑块，第一滑块和左挡板铰接，第二滑块和右挡板铰接，左挡板和右挡板之间的空间为第二试验腔，所述第一滑块和第二滑块控制第二试验腔和第一试验腔之间的连通面积；所述左挡板还与上挡板铰接，右挡板还与下挡板铰接，上挡板和下挡板之间的空间为第三试验腔；所述滑轨上方还平行配置有前挡板和后挡板；所述第一滑块和左挡板之间设置有液压油缸，第二滑块和右挡板之间设置有液压油缸，第二滑块和下挡板之间设置有液压油缸，顶板和上挡板之间也设置有液压油缸；所述底座上设置有进水孔，第一试验腔、第二试验腔和第三试验腔均设置有预留注浆孔。

优选的是，计算机还连接并控制水压水量伺服控制装置和液压伺服控制装置工作，所述液压伺服控制装置控制液压油缸的伸缩。

优选的是，第一试验腔和第二试验腔内铺设相似材料，相似材料中埋设多个水压传感器、流量传感器和应力传感器；所述第三试验腔内铺设预制裂隙结构体。