[发明专利]突水溃砂实验中突水与溃砂分相含量的测量装置及方法

说明书

本发明公开的突水溃砂实验中突水与溃砂分相含量的测量装置及方法，涉及突水溃砂实验技术领域。所述装置包括水砂收集箱和称重传感器，水砂收集箱底部开孔，连接水压力传感；突水溃砂实验中，水砂涌入水砂收集箱，根据所测得的水砂收集箱内液体的高度以及质量变换，获得涌入水砂的总体积和总质量，从而获得突水与溃砂的分相含量。本发明公开的测量装置及方法，操作简单、计算准确，可适用于模拟不同地质条件下突水溃砂模型试验，以确定突水溃砂过程中的砂颗粒在水流作用下的运移沉积特征，为理论分析和工程实践提供可靠的数据依据。

技术领域

本发明涉及突水溃砂实验技术领域，具体涉及突水溃砂实验中突水与溃砂分相含量的测量装置及方法。

背景技术

随着我国地下工程建设的大、长、深的发展趋势，突水溃砂成为制约地下工程建设发展的瓶颈问题。含砂量较高的水砂混合流将会造成突水溃砂通道逐步扩张，水砂来源的地层沉降，涌出的泥砂常常会淤塞工作面和巷道，掩埋机械设备，且清理恢复极为困难，造成严重的工期延误。

由于地下采掘工程具有隐蔽性，通过现场观测研究突水溃砂机理及其影响因素十分困难，所以很多学者借助室内模型试验对突水溃砂的过程及机理进行探讨。但是，由于在突水溃砂试验过程中，水砂几乎同时涌出，且突涌速度快，突水溃砂量比较大，很难在试验过程中将突涌出的水砂快速分离，并分别进行测量。

因此，鉴于以上问题，有必要提出一种简单的测量突水溃砂试验中突水量与溃砂量的方法，为理论分析和工程实践提供可靠的基础数据。

发明内容

根据本发明的目的提出的突水溃砂实验中突水与溃砂分相含量的测量装置，包括用于盛装实验后突水和溃砂的水砂收集箱以及放置于水砂收集箱下方、用于实时测量水砂收集箱内水砂质量的称重传感器；所述水砂收集箱底部开孔，连接一水压力传感器，称重传感器和水压力传感器分别通过数据采集仪与电脑连接。

本发明另外公开的一种使用上述测量装置进行突水与溃砂分相含量测量的方法，包括以下步骤：

步骤一：组装实验设备；

步骤二：向水砂收集箱内注入高度大于等于实验所需砂于水砂收集箱内所形成砂锥体高度的2/3的水，并通过数据采集仪采集此时水压力传感器和称重传感器的值；

步骤三：开始突水溃砂实验，水、砂混合流入水砂收集箱内，并通过数据采集仪实时采集每一时刻的水压力传感器和称重传感器的值，再将水压力传感器采集值转换成水头高度值，分别记为H_i和M_i；

步骤四：根据步骤三实时采集的高度和质量，计算规定时间段内的突水量与溃砂量，其计算公式为：

M_wi＝(M_i-M_i-1)-M_si；

式中，M_si为第i时刻突水量；M_wi为第i时刻溃砂量；M_i为第i时刻水砂收集箱的总质量；M_i-1为第i-1时刻水砂收集箱的总质量；ρ_w为水的密度，取1.0g/cm³；H_i为第i时刻水砂收集箱内水的高度；H_i-1为第i-1时刻水砂收集箱内水的高度；A为水砂收集箱底面积；G_s为砂比重。

优选的，步骤二中，实验所需砂在水砂收集箱内所形成的砂锥体高度H_s的计算公式为：

H_s＝Rtana；