[发明专利]矿井充填温度、渗流、应力三场耦合相似试验装置及方法

摘要

本发明公开了一种矿井充填温度、渗流、应力三场耦合相似试验装置，包括试验模拟箱体、设置在试验模拟箱体内的围岩模型和设置在围岩模型内的充填体模型，以及矿井风流模拟系统、热边界模拟系统、渗流条件模拟系统、应力条件模拟系统和测量监控系统；所述围岩模型内设置有位于充填体模型上部的模拟巷道；本发明还公开了一种矿井充填温度、渗流、应力三场耦合相似试验方法。本发明能够深入研究矿井充填温度、渗流、应力三场耦合的规律，获得不同埋深、不同矿井风流条件、不同热边界条件、不同渗流条件、不同力学条件，充填体及相邻围岩温度、渗流、应力变化特征及矿井风流对流换热特征，为充填采矿方法在矿井，尤其是深部矿井提供理论和技术支撑。

主权项

1.一种矿井充填温度、渗流、应力三场耦合相似试验装置，其特征在于：包括试验模拟箱体(1)、设置在试验模拟箱体(1)内的围岩模型(32)和设置在围岩模型(32)内的充填体模型(19)，以及矿井风流模拟系统、热边界模拟系统、渗流条件模拟系统、应力条件模拟系统和测量监控系统；所述围岩模型(32)内设置有位于充填体模型(19)上部的模拟巷道(2)；所述矿井风流模拟系统包括恒温恒湿机(24)和与恒温恒湿机(24)的出口端连接且伸入模拟巷道(2)内的风筒(26)，所述风筒(26)上连接有风机(25)；所述热边界模拟系统包括设置在试验模拟箱体(1)内壁上且用于模拟矿井中地热的多根加热带(31)；所述渗流条件模拟系统包括设置在试验模拟箱体(1)内的渗流形成层(30)和设置在渗流形成层(30)上方的PVC管(4)，以及设置在试验模拟箱体(1)外部的渗流入水箱(27)和渗流出水箱(6)，所述PVC管(4)上开有渗流孔，所述PVC管(4)的入水口通过穿过试验模拟箱体(1)的进水导管与渗流入水箱(27)的出水口连接，所述进水导管上设置有恒流泵(22)、电磁阀(23)和流量计(5)，所述PVC管(4)的出水口通过穿过试验模拟箱体(1)的出水导管与渗流出水箱(6)的入水口连接；所述应力条件模拟系统包括对称设置在试验模拟箱体(1)两侧的两套应力加载机构，所述应力加载机构包括设置在试验模拟箱体(1)内部且用于将压力加载在充填体模型(19)上的承压板(12)，以及设置在试验模拟箱体(1)外部的传力杆(10)、用于对传力杆(10)施加力的千斤顶、用于支撑传力杆(10)的支柱(11)；所述承压板(12)与传力杆(10)的端部固定连接；所述测量监控系统包括监控计算机(9)、矿井风流模拟测量监控系统、热边界模拟测量监控系统、渗流条件模拟监控系统和应力条件模拟监控系统；所述矿井风流模拟测量监控系统包括与监控计算机(9)相接的风速控制器(28)以及均匀布设在模拟巷道(2)中的多个巷道温度探头(7)、多个巷道湿度探头(8)和多个风速探头(3)，多个巷道温度探头(7)的输出端、多个巷道湿度探头(8)的输出端和多个风速探头(3)的输出端均与风速控制器(28)的输入端连接，所述风速控制器(28)的输出端接有风机驱动器(14)，所述风机(25)与风机驱动器(14)的输出端连接；所述热边界模拟测量监控系统包括与监控计算机(9)相接的温度控制器(15)和均匀布设在试验模拟箱体(1)内壁上的多个箱体温度探头(13)，多个箱体温度探头(13)的输出端均与温度控制器(15)的输入端连接，所述温度控制器(15)的输出端接有串联在多根加热带(31)的供电回路中的交流接触器(16)；所述渗流条件模拟监控系统包括与监控计算机(9)相接的湿度控制器(17)以及均匀布设在充填体模型(19)内的多个充填体湿度探头(21)和多个孔隙水压力传感器(33)，多个充填体湿度探头(21)的输出端和多个孔隙水压力传感器(33)的输出端均与湿度控制器(17)的输入端连接，所述湿度控制器(17)的输出端接有恒流泵驱动器(34)和电磁阀驱动器(35)，所述恒流泵(22)与恒流泵驱动器(34)的输出端连接，所述电磁阀(23)与电磁阀驱动器(35)的输出端连接；所述应力条件模拟监控系统包括与监控计算机(9)相接的加载压力控制器(36)、均匀布设在充填体模型(19)内的多个应力应变传感器(20)和设置在支柱(11)上的荷载传感器(37)，所述荷载传感器(37)的输出端和多个所述应力应变传感器(20)的输出端均与加载压力控制器(36)的输入端连接。