[实用新型]承压水下开采流固耦合相似试验装置

说明书

本实用新型公开了承压水下开采流固耦合相似试验装置，其主要包括实验支架构件，相似模拟存放腔构件，承压水层构件，加载装置构件，玻璃挡板构件，监测系统构件及裂纹图像获取构件；通过相似材料铺设过程中在预定位置处安装应力，渗流监测传感器及含水层通道，通过不同竖向与横向加载模拟再现深部地应力下岩层的状态，开挖后通过分布式光纤技术及裂纹图像获取技术进行动态监测；该装置能真实再现深部岩层裂隙演化，模拟在固液耦合下岩层的受力状态及突水通道的形成，且有过程与方法简单和演化过程可视化程度高等优点。

技术领域

本实用新型涉及物理模拟实验设备领域，具体说是承压水下开采流固耦合相似试验装置。

背景技术

随着我国经济发展的不断提升，煤炭需求量不断加大，开挖深度不断加深，随之而来一系列问题。其中，矿井突水问题愈发严重，矿井的高效安全生产无法得到保障，为进一步了解矿井突水渗水机理与原理，保障人员安全提高经济发展，现需利用物理模拟实验方式来进一步了解矿井突水渗水机理与原理。通过现有固液耦合相似模拟专利中发现，存在不能记录观察实验全过程，无法得到渗流裂隙发展规律；实验过程繁琐，需要大量人力物力财力；无法实现含水层在不同层位中的实验或实现过程繁琐等缺点。结合现有问题，本实用新型有效解决了上述问题，为解决矿井突水渗水机理与原理提供更有效的方案。

实用新型内容

本实用新型专利的目的是提供承压水下开采流固耦合相似试验装置；该装置在实验架内铺设相应比例的相似模拟材料，并在预定位置通过分布式光纤安装应力渗流传感器，通过应力加载及含水层内的承压水模拟岩层的稳定状态，通过裂纹图像获取技术记录观察裂隙渗流发展规律，为研究深部地下工程突水渗水机理提供新的实验方案与装置。本实用新型可有效模拟固液耦合情况下岩层的变化状态，并具有可视化程度高，实验过程简便，能便捷布置不同层位的承压水等优点。

本实用新型专利目的采用如下技术方案：

1.承压水下开采流固耦合相似试验装置，其特征在于：主要包括安装在该装置外骨架的实验架构件，用于支撑安装其他构件；安装在该装置内部的相似模拟存放腔构件，用于铺设相似模拟材料及监测传感器；安装在实验架横竖梁上的加载装置构件，用于施加不同情况应力；安装在承压台内的储水加压构件，用于提供模拟不同压力的承压水；安装在承压水层内的相似承压水岩层构件，可模拟再现深部承压水层状态；安装在实验架两侧的玻璃挡板构件，通过卡槽安装在两端的竖梁上，可实现实验过程的可视化；监测系统构件通过分布式光纤在铺设相似材料时将渗流应力传感器安装在预定地点，监测不同数据变化；裂纹图像获取构件通过摄像机记录标点的移动过程生成不同数据曲线；按照不同比例铺设不同的配比的相似模拟材料，在铺设中安装预定位置的应力渗流传感器，施加相应的应力加载及含水层水压，待其稳定后布标点开挖，通过裂纹图像获取构件记录数据变化；该装置具有可视化程度高，实验过程简便，可实现具有承压水的相似模拟实验。

2.优选的，本实用新型提供承压水下开采流固耦合相似试验装置，其特征在于：所述实验架构件为钢材质，由实验架横梁，实验架竖梁及承压台构成，通过焊接相互连接，用于支撑实验的各种构件；实验架横梁和竖梁中开孔通过焊接安装加载装置构件，为实验需要提供不同应力加载；承压台中安装储水加压装置，为实验需要提供不同承压水加载。

3.优选的，本实用新型提供承压水下开采流固耦合相似试验装置，其特征在于：所述相似模拟存放腔构件，由支撑横梁，支撑竖梁构成，通过焊接连接横竖两梁，用于固定相似模拟材料；支撑横梁和支撑竖梁中开孔用于固定支撑加载装置构件；支撑横竖梁中有输水管道，用于运输储水加压装置提供的高压水；在向相似模拟存放腔内侧，横竖梁上安装多个输水阀，用于提供在不同高度的含水层水源。

4.优选的，本实用新型提供承压水下开采流固耦合相似试验装置，其特征在于：所述加载装置构件，采用油压加载，主要包括油压泵，油压千斤顶，稳压器；所述油压泵为独立装置，同相似模拟装置配套使用；所述油压千斤顶，通过焊接安装固定在实验架横竖梁上和油压泵连接，通过支撑横竖梁支撑稳定，为相似模拟材料提供应力加载；所述稳压器，通过焊接安装在实验架横竖梁外侧，可提供不同稳定动静加载。