[发明专利]模拟延深开采断层渗透活化突水过程的试验装置和方法

说明书

本发明公开一种模拟延深开采断层渗透活化突水过程的试验装置和方法，包括主体、安装在主体顶部的上顶盖、安装在主体下端的进水装置、及安装在主体底部的下底盖；所述上顶盖上设有突出物收集装置接口和水压表接口，突出物收集装置接口上接有U型塑料管，U型塑料管上接有球阀，所述水压表接口上接有水压表；所述主体上设有电缆接口，电缆接口上安装有电缆防水密封接头；所述下底盖上开有进水管孔，进水管孔内安装有与进水装置相连的进水管。

技术领域

本发明涉及一种模拟延深开采断层渗透活化突水过程的试验装置和方法。

背景技术

煤炭资源在我国能源消费结构中一直处于重要地位，但长期以来，煤矿在开采过程中受到多种不利因素制约，其中矿井水害就是一大隐患。从突水形式上看，绝大多数与断层有关，目前很多华北型矿井均在延深开采，在深部地压和水压共同作用下，断层活化突水是今后矿井水害事故的主要类型。

在延深开采存在断层情况下，构造扰动部位不仅因底板隔水岩层结构原生或次生扰动变形而导致其抗渗强度降低，而且岩层错动会导致开采煤层与对盘含水层间距变小或对接，引起隔水层厚度受构造作用变薄而使其阻水能力急剧减弱。华北型煤田构造扰动部位也往往易成为深部太原组灰岩水与奥灰水发生水力联系的通道，由此也大大增加了带压开采突水的危险性。

对于断层裂隙带在渗压下渗透特征变化及活化突水问题，相似材料模型试验是一种重要的研究方法，许多学者做了多种研究，如针对断层破碎带进行了不同充填孔隙比、不同水压、不同裂隙宽度等因素下的渗流试验；通过伺服渗透试验分析了岩体渗透率与岩石破坏过程的对应关系；裂隙岩体水力耦合真三轴试验系统研究多因素影响下的水岩作用等。但现有模型试验过程中常存在水压力分布不均匀，优势渗流面存在导致试验结果失真和在高压水流作用下的模型密封性差、水压力不稳定等问题，进而影响试验结果，并存在一定安全隐患。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种模拟延深开采断层渗透活化突水过程的试验装置和方法。

为了实现上述目的，本发明采用的模拟延深开采断层渗透活化突水过程的试验装置，包括主体、安装在主体顶部的上顶盖、安装在主体下端的进水装置、及安装在主体底部的下底盖；

所述上顶盖上设有突出物收集装置接口和水压表接口，突出物收集装置接口上接有U型塑料管，U型塑料管上接有球阀，所述水压表接口上接有水压表；所述主体上设有电缆接口，电缆接口上安装有电缆防水密封接头；所述下底盖上开有进水管孔，进水管孔内安装有与进水装置相连的进水管。

作为改进，所述上顶盖与主体间、下底盖与主体间的连接处均设有凹凸型法兰结构。

作为改进，所述上顶盖与主体间、下底盖与主体间均采用螺栓紧固。

作为改进，所述上顶盖与主体上端分别开有若干相对应的螺栓孔，下底盖与主体下端分别开有若干相对应的螺栓孔，螺栓孔内安装有高强螺栓。

作为改进，所述上顶盖、主体上端、主体下端、下底盖中分别均布有16个螺栓孔，相邻每两个螺栓孔之间相差22.5°。

作为改进，所述上顶盖与主体间、下底盖与主体间的连接处安装有防水垫片。

进一步的，所述防水垫片采用石棉防水垫片。

作为改进，所述主体的内壁上设有防滑纹路。

作为改进，所述进水装置为蜂窝状，下底盖与蜂窝状进水装置嵌合，进水装置上覆盖一层无纺布。

另外，本发明还提供了基于所述试验装置的试验方法，包括步骤：

(1)试验装置装填完毕后，在球阀处放置一个小桶，将进水管与加水压设备连接，将孔隙水压力传感器连接在监测设备上，并将加水压设备和监测设备连接在计算机上，通过计算机软件对加水压设备和监测设备进行初始化调试；