近距煤层群保水开采相似模拟实验装置制造方法及图纸

技术编号:13682801 阅读:12 留言:0更新日期:2016-09-08 16:16
本实用新型专利技术涉及一种近距煤层群保水开采相似模拟实验装置。该装置包括二维相似模拟试验架、底板、上覆岩层、加载装置、监测装置、位于底板上方的下煤层和位于上覆岩层下方的上煤层。上煤层和下煤层之间有间隔岩层。上覆岩层中有含水层和位于含水层下部的隔水层,隔水层底部设有显色装置。显色装置包括外包装层和位于外包装层内的显色层。外包装层为塑料袋,显色层为无水硫酸铜粉末。塑料袋为透明材质,上表面有多个均匀排布的通孔。本实用新型专利技术拆装简便、铺设方便,能清楚、直观、准确判断近距煤层群开采隔水层的破坏稳定规律,进而可以确定不同水文地质条件下不同的近距煤层群保水采煤方法的合理可行性。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种相似模拟实验装置,具体涉及一种适用于研究近距煤层群保水开采相似模拟实验装置
技术介绍
煤炭的大规模开采会造成地下含水层的极大破坏,带来地表和地下水资源的极大浪费。同时,水害给煤炭资源的开发利用造成了严重的经济损失和人员伤亡。保水采煤就是在煤层采动影响下,不破坏隔水层的结构;或虽有一定的损坏,但一定时间后仍可恢复,并可保证最低生态水位,从而选择合理采煤方法和工艺的开采技术,实现在煤炭资源安全高效开采的同时,最大限度的保护水资源。近距煤层群的开采不可避免的对煤层上覆岩层造成多次重复扰动,导致地表隔水层的稳定性严重破坏,进而导致水土流失,为保水开采带来挑战。研究隔水层的破坏稳定规律对保水开采至关重要。利用实验室相似模拟实验是研究近距煤层群保水采煤覆岩破坏移动规律的有效重要途径。目前大多数研究保水开采的物理相似模拟实验中,仅根据观察隔水层表面是否有裂隙判断隔水层是否遭到破坏,这样的方法难以准确得出覆岩中隔水层的破坏稳定规律。因此,有必要设计一种新型的模拟装置,以解决现有技术无法准确判定近距煤层群保水开采过程隔水层破坏稳定规律的缺陷。
技术实现思路
为解决上述技术问题,本技术提供了一种拆装简便、铺设物理模型方便,能准确直观模拟近距煤层群开采覆岩中隔水层破坏稳定情况的相似模拟实验装置。该装置能准确得出近距煤层群开采覆岩中隔水层的破坏稳定规律,能够为近距煤层群保水开采提供较准确的信息,进而可以确定不同水文地质条件下不同的近距煤层群保水采煤方法的合理可行性。本技术通过下述技术方案来实现:近距煤层群保水开采相似模拟实验装置,包括二维相似模拟试验架、底板、上覆岩层、加载装置、监测装置、位于底板上方的下煤层和位于上覆岩层下方的上煤层。上煤层和下煤层之间有间隔岩层。上覆岩层中设有含水层和隔水层,隔水层位于含水层的下部,隔水层底部设有显色装置。显色装置包括外包装层和显色层,显色层位于外包装层内。外包装层为塑料袋,显色层为无水硫酸铜粉末。塑料袋的上表面设有多个均匀排布的通孔,塑料袋为透明材质。进一步,上述的二维相似模拟试验架包括底座、左立柱、右立柱、前挡板和后挡板;左立柱、右立柱分别竖直固定连接在底座两端;左立柱、右立柱之间为相互平行;前挡板和后挡板均与两立柱可拆卸活动连接。上述的前挡板和后挡板均为透明挡板,方便实验员清楚观测相似模型的变化。进一步,上述的塑料袋长度和宽度与底座的长度和宽度相等,塑料袋的高度为1~2cm;塑料袋的内部还设有加热装置。当进行保水采煤相似模拟实验时,上煤层和下煤层被开挖后,采空区上覆岩层变形破坏下沉,导致隔水层变形破坏产生裂隙,此时含水层中的水体会沿着覆岩裂隙流入隔水层底部的显色装置中,通过通孔使得塑料袋中白色的无水硫酸铜粉末遇水成蓝色,实验员可以透过前、后挡板和透明的塑料袋看到颜色的变化,可以清楚判断含水层的破坏稳定规律。随着上煤层逐渐被开挖,采空区上覆岩层破坏逐渐稳定,之前隔水层中的裂隙逐渐闭合稳定,阻止了含水层中的水体向下流动,此时通过加热装置加热,蓝色的硫酸铜晶体重新变为白色无水硫酸铜粉末,由此显色装置可以循环使用。进一步,上述的上覆岩层中有应力传感器、湿度传感器和位移传感器,应力传感器、湿度传感器、位移传感器通过导线与数据采集仪和计算机连接。本技术与现有技术相比有以下优点:(a) 该模拟装置拆装简便,铺设物理模型方便,实验员可以通过透明的前、后挡板清楚观测相似模型的破坏稳定情况;(b) 相对于现有技术,本技术能够模拟和判断采用不同开采方式煤层被开挖后隔水层的破坏变化情况,能准确得出近距煤层群开采覆岩中隔水层的破坏稳定规律。该装置通过在隔水层底部设置含有无水硫酸铜粉末的显色装置,当隔水层破坏产生裂隙后,利用水体通过隔水层中裂隙进入显色装置后可以让白色的无水硫酸铜粉末变为蓝色的硫酸铜晶体,进而可以直观判断隔水层是否遭到破坏。该装置能够为近距煤层群保水开采提供较准确的信息,进而可以确定不同水文地质条件下不同的近距煤层群保水采煤方法的合理可行性。附图说明附图1是本技术的近距煤层群保水开采相似模拟实验装置的结构示意图;附图2是本技术中显色装置的立体结构示意图;附图3是本技术中显色装置的俯视示意图;图中:1-二维相似模拟试验架;2-底板;3-上煤层;4-上覆岩层;5-加载装置;6-含水层;7-隔水层;8-下煤层;9-间隔岩层;10-显色装置;101-塑料袋;102-通孔;103-加热装置。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术作更进一步的说明,以便本领域内的技术人员了解本技术。近距煤层群保水开采相似模拟实验装置,包括二维相似模拟试验架1、底板2、上覆岩层4、加载装置5、监测装置、位于底板2上方的下煤层8和位于上覆岩层4下方的上煤层3。上煤层3和下煤层8之间有间隔岩层9。上覆岩层4中设有含水层6和隔水层7,隔水层7位于含水层6的下部,隔水层7底部设有显色装置10。显色装置10包括外包装层和显色层,显色层位于外包装层内。外包装层为塑料袋101,显色层为无水硫酸铜粉末。塑料袋101的上表面设有多个均匀排布的通孔102,塑料袋101为透明材质。二维相似模拟试验架1包括底座、左立柱、右立柱、前挡板和后挡板。左立柱、右立柱分别竖直固定连接在底座两端。左立柱、右立柱之间为相互平行。前挡板和后挡板均与两立柱可拆卸活动连接。前挡板和后挡板均为透明挡板。塑料袋101为透明材质,其长度和宽度与底座的长度和宽度相等,塑料袋的高度为1~2cm,优选为1.5cm;塑料袋101的内部还设有加热装置103。上覆岩层4中有应力传感器、湿度传感器和位移传感器,应力传感器、湿度传感器、位移传感器通过导线与数据采集仪和计算机连接。在使用该近距煤层群保水开采相似模拟实验装置进行试验时,根据实际采矿水文地质条件将底板2、下煤层8、上煤层3、上覆岩层4、显色装置10、隔水层7、含水层6以及加压装置5从下往上依次叠设于二维相似模拟试验架1内。同时将监测应力传感器、位移传感器和湿度传感器埋置在上覆岩层相似材料中。在进行煤层开挖时,上煤层3和下煤层8依次被被开挖后,采空区上覆岩层变形破坏下沉,导致隔水层7变形破坏产生裂隙,此时含水层6中的水体会沿着覆岩裂隙流入隔水层7底部的显色装置10中,通过通孔102使得塑料袋101中白色的无水硫酸铜粉末遇水成蓝色,实验员可以透过前、后挡板和透明的塑料袋看到显色装置的颜色变化,可以清楚判断含水层的是否被破坏,得出近距煤层群保水开采隔水层破坏规律。随着上煤层3逐渐被开挖,采空区上覆岩层破坏逐渐稳定,之前隔水层7中的裂隙逐渐闭合稳定,阻止了含水层6中的水体向下流动,此时通过加热装置103加热,蓝色的硫酸铜晶体重新变为白色无水硫酸铜粉末,由此显色装置10可以循环使用。同时利用埋置在上覆岩层4中的应力传感器、位移传感器和湿度传感器随时监测采场覆岩矿压、位移和湿度变化情况。以上实施方式仅用以说明本技术而并非限制本技术所描述的技术方案;因此尽管本说明书参照上述的各个实施方式对本技术已进行了详细的说明,但是本领域的普通技术人员应当理解,仍然可以对本技术进行修改或者等同替换;而一切不脱离本技术的精神和范围的技术方案及其改进,其均应涵盖在本实用本文档来自技高网...

【技术保护点】
近距煤层群保水开采相似模拟实验装置,包括二维相似模拟试验架(1)、底板(2)、上覆岩层(4)、加载装置(5)、监测装置、位于底板(2)上方的下煤层(8)和位于上覆岩层(4)下方的上煤层(3);上煤层(3)和下煤层(8)之间有间隔岩层(9);所述上覆岩层(4)中设有含水层(6)和隔水层(7);所述隔水层(7)位于含水层(6)的下部,其特征在于,所述隔水层(7)底部设有显色装置(10);所述显色装置(10)包括外包装层和显色层;所述显色层位于外包装层内;所述外包装层为塑料袋(101);所述显色层为无水硫酸铜粉末;所述的塑料袋(101)的上表面设有多个均匀排布的通孔(102);所述的塑料袋(101)为透明材质。

【技术特征摘要】
1.近距煤层群保水开采相似模拟实验装置,包括二维相似模拟试验架(1)、底板(2)、上覆岩层(4)、加载装置(5)、监测装置、位于底板(2)上方的下煤层(8)和位于上覆岩层(4)下方的上煤层(3);上煤层(3)和下煤层(8)之间有间隔岩层(9);所述上覆岩层(4)中设有含水层(6)和隔水层(7);所述隔水层(7)位于含水层(6)的下部,其特征在于,所述隔水层(7)底部设有显色装置(10);所述显色装置(10)包括外包装层和显色层;所述显色层位于外包装层内;所述外包装层为塑料袋(101);所述显色层为无水硫酸铜粉末;所述的塑料袋(101)的上表面设有多个均匀排布的通孔(102);所述的塑料袋(101)为透明材质。2.如权利要求1所述的近距煤层群保水开采相似模拟实验装置,其特征在于,所述的二维相似模拟试验架(1)包括底座、左...

【专利技术属性】
技术研发人员:许猛堂张开智金志远李海军吴建琼穆静强
申请(专利权)人:贵州理工学院
类型:新型
国别省市:贵州;52

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