[发明专利]一种煤矿采场溃沙相似模拟试验装置及试验方法

说明书

一种煤矿采场溃沙相似模拟试验装置及试验方法，涉及采矿工程技术领域。该装置包括控制器、电动机、试验机构和监测系统，试验机构包括试验箱、滑道、滑块、模拟巷道、螺纹管、橡胶塞、连接绳、压力传感器和边柱，试验箱的外层设置有多个边柱，第一滑道设置在试验箱底部，第二滑道设置在底座上，第三滑道设置在试验箱与底座之间，模拟巷道安装在第一滑道内，螺纹管设置在模拟巷道上方的试验箱上，橡胶塞与螺纹管配合，连接绳与橡胶塞相连。电动机与连接绳配合控制橡胶塞，控制器接收压力监测数据并控制电动机，监测系统包括监测模拟巷道受损情况的压力传感器，及高清摄像头和三维光学摄影测量系统，还可以模拟不同覆岩厚度情况下的采场溃沙。

技术领域

本发明涉及采矿工程技术领域，尤其是一种煤矿采场溃沙相似模拟试验装置及试验方法。

背景技术

煤炭在能源发展中处于十分重要的地位，由于部分开采矿区的主采煤层覆岩结构总体上具有浅埋深、薄基岩、厚松散层的特点，顶板岩层断裂过程中裂隙很容易扩展至厚松散层，从而造成溃沙事故，威胁工作面安全生产。但煤矿溃沙灾害的发生条件和机理复杂，与煤层上覆岩层的规模和性质、煤层开采方式、覆岩厚度和强度、覆岩结构特征等多种因素有关。而且由于地下采掘工程具有隐蔽性，以及事故发生的突然性，使得通过现场观测研究溃沙机理和影响因素变得十分困难。

现有技术中国专利(公开号CN105931552A)，提供的突水溃沙模拟实验装置通过控制运动钢板的运动量从而控制渗流通道连通的面积大小,可实现在渗流通道完全关闭至完全开启这一范围内任意调节渗流通道的开启大小，使得第二腔室内的渗流液可以以一定的速度流入第一腔室内的裂隙岩样；其主要用于模拟一定区域内的裂隙岩石发生渗流现象，而缺少对单一孔径(钻探孔、管道)发生溃沙现象的观察。

另外现有的采场钻孔溃沙溃水现象的模拟试验装置在模拟溃沙情况时存在以下不足：溃沙孔径单一不可调整，导致实验数据单一；大多数实验装置通过遮挡溃沙孔来改变断面面积，从而导致溃沙孔形状发生改变与事实不符；无法精准模拟不同覆岩厚度对溃沙的影响；缺乏对地面溃沙过程及巷道破坏情况的监测；普遍模拟裂隙岩石溃沙现象，缺乏对单一孔径(钻探孔、管道)溃沙所发生现象的模拟；实验设备多密封或采用精密机械零件，在实验中多沙粒、粉尘，容易造成实验装置污损，难以清理，随着实验次数增加会逐渐增大实验误差。

于此，需要提供对现有的试验装置和试验方法做进一步的改进，实现模拟因钻孔封堵不当而引起溃沙溃水。

发明内容

为了有效模拟因钻孔封堵不当等情况下导致的溃沙现象，简化试验装置和实验步骤，并对多种孔径下不同角度溃沙现象进行研究，本发明提供了一种煤矿采场溃沙相似模拟试验装置及试验方法，具体的技术内容如下。

一种煤矿采场溃沙相似模拟试验装置，包括控制器、电动机、试验机构和监测系统，所述试验机构包括试验箱、滑道、滑块、模拟巷道、螺纹管、橡胶塞和连接绳，第一滑道设置在试验箱底部，第二滑道设置在底座上，第三滑道设置在试验箱与底座之间，模拟巷道安装在第二滑道内，第一滑块和第二滑块分别与第一滑道和第三滑道配合，螺纹管设置在模拟巷道上方的试验箱上，橡胶塞与螺纹管配合，连接绳与橡胶塞相连；所述电动机包括第一电动机和第二电动机，所述控制器接收压力监测数据并控制电动机，所述监测系统包括监测模拟巷道受损的压力传感器，以及高清摄像头和三维光学摄影测量系统。

优选的是，试验箱内壁设置有刻度线，刻度线测量箱内沙粒和螺纹管的高度；所述试验箱的外层设置有多个边柱。

优选的是，第一滑道和第三滑道在水平面上的投影相互垂直，第二滑块在第三滑道内移动，第一滑块在第一滑道内移动，第一滑道和第三滑道的交叉点位校准位置。

还优选的是，第一滑道的中部设置有螺纹孔，螺纹孔和螺纹管相配合，根据模拟的覆岩厚度调整螺纹管高度。

还优选的是，第二滑道的形状与模拟巷道形状相同，所述截面为矩形、梯形、圆形、拱形或半圆形；所述第一滑块中部的螺纹孔模拟溃沙孔溃沙。