[发明专利]承压水流场水压变化时浆液运移过程的模拟系统及方法

说明书

本发明公开了一种承压水流场水压变化时浆液运移过程的模拟系统及方法，包括模型底座上，所述的模型底座上设置有实验模型箱，所述的实验模型箱的中部设置有采场渗透底板，通过控制流速和压力向三维密闭模型中岩层注水模拟煤层上覆岩层含水层，克服了防水相似材料难模拟采动覆岩裂隙发育和不防水相似材料模拟渗流不稳定的缺点，通过采场模拟装置，实现了顶板承压含水层下采动覆岩裂隙演化过程的原位模拟；通过注浆模拟装置和不同采场条件下采动覆岩裂隙发育，实现了顶板不同承压含水层条件下，采动裂隙内部浆液运移过程的可视化模拟，解决了现有的模拟方法无法模拟动态突水过程导致实验现象不清楚和实验数据误差的技术问题。

技术领域

本发明属于矿井水害防治技术领域，涉及浆液运移过程模拟方法，具体是一种承压水流场水压变化时浆液运移过程三维可视化模拟方法。

背景技术

煤层顶板水害事故是受煤层推采影响，煤层上覆岩层原始应力平衡状态被破坏，造成煤层上方采动覆岩内部形成裂隙，使工作面与煤层顶板水源沟通，进而造成煤矿顶板涌(突)水害事故，可能直接导致工作面停产和人员伤亡，对煤矿区安全生产造成极大影响。煤层顶板水害受顶板含水层特性、顶板覆岩构造、水文地质条件、采动条件等多因素共同影响，煤层顶板水害涌水量包括顶板含水层静储量释放和充水水源动态补给两部分构成，因此，顶板水害是一个复杂的动态过程，突水水源和导水通道是导致煤层顶板突水的必要条件。基于此，注浆改造治理是防治此类水害、保障煤矿安全生产的有效方法，而依据开采条件，注浆过程主要包括采前区域注浆治理和采中采动覆岩注浆改造两种类型。

室内物理实验是研究采动覆岩变形、导水裂缝带发育规律和的常用方法之一，以往的物理模型实验一般是依据固定的模型架尺寸调整实验相似比进行实验，无法根据工作面采场范围灵活调整模型开采尺寸。煤层顶板含水层是影响采动覆岩变形和导水通道发育的主要因素，考虑煤层顶板存在承压含水层条件下，模拟工作面推采过程中，顶板水害的动态涌突水过程、监测含水层动态演化特征，一直是难以解决的物理实验问题。此外，相似材料物理实验选取河砂、石膏、水泥、粉煤灰等配比模拟实际地层，材料的不防水特性制约和干扰着顶板动态突水过程的实验模拟，造成实验模型不稳定和实验模拟的完整性；选取的石蜡、凡士林等的相似材料物理实验，材料的防水特性解决固—流耦合实验模型的稳定性问题，但是影响采动覆岩导水通道发育不明显，无法模拟动态突水过程，造成实验现象不清楚和实验数据误差。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种承压水流场水压变化时浆液运移过程三维可视化模拟方法，以解决现有的模拟方法无法模拟动态突水过程导致实验现象不清楚和实验数据误差的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种承压水流场水压变化时浆液运移过程的模拟系统，包括模型底座，所述的模型底座上设置有实验模型箱，所述的实验模型箱的中部设置有采场渗透底板，所述的采场渗透底板将所述的实验模型箱分为上部模型箱和下部模型箱；所述的上部模型箱的两侧壁上对称设置有模拟顶板安装孔，所述的模拟顶板安装孔中设置有模型顶板；所述的实验模型箱外部布设有三架数码相机；

所述的下部模型箱内部为集水池，所述的集水池中设置有汇水槽，所述的汇水槽的底部设置有多个第一流量传感器，所述的第一流量传感器均与第一数据采集仪相连；

所述的上部模型箱内由下至上依次设置有采场模拟装置和采场上覆地层，所述的采场上覆地层中设置有含水层充水系统，所述的采场上覆地层中还均匀布设有多个采动覆岩变形监测点；

所述的采场模拟装置包括采场边界板和固定装置，所述的采场边界板上位于实验模型箱外部的一侧固定在固定装置上；所述的采场边界板的位于实验模型箱内部的一侧面上开设有采场调节板安装卡槽，所述的采场调节板安装卡槽中设置有采场调节板，所述的采场调节板上设置有刻度尺；