【技术实现步骤摘要】
一种模拟深部开采奥灰突水的多场耦合试验装置及方法
本专利技术专利属于煤矿采空区灾害防治领域,具体涉及一种主要用于模拟深部开采奥灰突水的多场耦合试验装置及方法。
技术介绍
煤炭资源在我国的能源结构中占比达58%以上,保障和影响着我国经济和社会的发展,所以煤炭资源的安全高效开采和利用是我国经济发展中的重中之重,也是影响我国国计民生的一项艰巨任务。随着东部地区华北型煤田浅部资源的逐渐枯竭,矿井逐渐步入到深部资源的开采阶段。与矿井浅部开采相比,深部开采具有高应力、高承压、高地温、扰动剧烈的“三高一扰动”特征,导致各种灾害频发,尤其是煤层开采中的底板突水。在深部煤炭大规模高度开采衍生的强扰动附加属性和底板高水压驱动下,底板突水灾害频发,已成为制约深部煤炭安全高效绿色开采的突出问题。华北型煤田主要开采石炭—二叠纪含煤层,威胁矿井安全的底板含水层主要为奥陶系巨厚灰岩含水层。奥陶系灰岩含水层富水性强、厚度大、水量丰富,开采时不宜疏放。奥灰水突水事故一旦发生,涌水会在极短时间之内淹没整个工作面,甚至灌满整个矿井,具有极大的冲击力和破坏力,且很难在短时间内将涌出的水排完,导致救援工作无法快速组织和开展。据不完全统计,华北型煤田目前有超过230个矿井在不同程度上受到奥灰水威胁,不仅造成重大的经济损失与人员伤亡,也造成了不良的社会影响。我国的煤矿水害防治理论研究人员和实践生产人员一直都致力于煤矿突水灾害防治的研究。各类研究表明了奥灰水突水灾害由煤矿工程地质条件、水文地质条件以及采动影响共同作用造成,突水机理十分复杂。当前国内 ...
【技术保护点】
1.一种模拟深部开采奥灰突水的多场耦合试验装置,其特征在于,包括奥灰含水层系统、固定板、设备板、液压监测系统、温度控制系统、拉力加载器、液压伺服加载器、活塞、变频扰动模拟系统、降噪夜视监控系统、顶部加载板、液压千斤顶、侧向热模块加载板、横向螺杆、螺母;所述液压伺服加载器具有位移和力控制的多种加载方式;所述顶部加载板的上端面与液压伺服加载器相连,下端面通过与分布在岩层模型上加载面上的钢珠接触向岩层模型传递均布荷载;所述拉力加载器位于设备板中部两侧,通过牵引绳与活塞相连加载,活塞位移由拉力加载器内部的数据采集系统自动实时记录;所述液压监测系统可实时记录含水层在应力作用下各个部位变化的水压;所述温度控制系统实时记录奥灰含水层系统的温度变化,调控侧向热模块加载板的加热功率;所述液压千斤顶通过固定器与侧向热模块加载板相接触,液压千斤顶工作时,侧向热模块加载板对奥灰含水层系统左右端面加载,用以模拟侧向构造应力对地层的加载作用;所述变频扰动模拟系统安装在采空区中部对应的设备板区域,振动杆顶端与侧面紧密接触岩层表面;所述降噪夜视监控系统安装在采空区上部的设备板区域,摄像头固定于采空区内部;所述固定板通 ...
【技术特征摘要】
1.一种模拟深部开采奥灰突水的多场耦合试验装置,其特征在于,包括奥灰含水层系统、固定板、设备板、液压监测系统、温度控制系统、拉力加载器、液压伺服加载器、活塞、变频扰动模拟系统、降噪夜视监控系统、顶部加载板、液压千斤顶、侧向热模块加载板、横向螺杆、螺母;所述液压伺服加载器具有位移和力控制的多种加载方式;所述顶部加载板的上端面与液压伺服加载器相连,下端面通过与分布在岩层模型上加载面上的钢珠接触向岩层模型传递均布荷载;所述拉力加载器位于设备板中部两侧,通过牵引绳与活塞相连加载,活塞位移由拉力加载器内部的数据采集系统自动实时记录;所述液压监测系统可实时记录含水层在应力作用下各个部位变化的水压;所述温度控制系统实时记录奥灰含水层系统的温度变化,调控侧向热模块加载板的加热功率;所述液压千斤顶通过固定器与侧向热模块加载板相接触,液压千斤顶工作时,侧向热模块加载板对奥灰含水层系统左右端面加载,用以模拟侧向构造应力对地层的加载作用;所述变频扰动模拟系统安装在采空区中部对应的设备板区域,振动杆顶端与侧面紧密接触岩层表面;所述降噪夜视监控系统安装在采空区上部的设备板区域,摄像头固定于采空区内部;所述固定板通过横向螺杆与设备板相连接,用螺母固定,固定板可以前后移动来实现对奥灰含水层系统的充分约束。
2.根据权利要求1所述的一种模拟深部开采奥灰突水的多场耦合试验装置,其特征在于,所述奥灰含水层系统通过改变底部厚度调整含水层深度,可根据实际矿井设计试验岩层模型,预先分层浇筑完成建模后固定于装置内,可内部构建陷落柱和断层,实现对不同比例、不同构造、不同分布的岩层进行模拟分析。
3.根据权利要求1所述的一种模拟深部开采奥灰突水的多场耦合试验装置,其特征在于,所述变频扰动模拟系统可以调节振动频率和强度,可以选择不同长度和半径的振动杆对不同开采距离的采空区进行不同程度的扰动,实现远场和近场微震传递。
4.根据权利要求1所述的一种模拟深部开采奥灰突水的多场耦合试验装置,其特征在于,所述降噪夜视监控系统可在暗光条件下拍摄不产生红曝,实时记录采空区画面并传送到云端,支持多设备远程查看。
5.根据权利要求1所述的一种模拟深部开采奥灰突水的多场耦合试验装置,其特征在于,所述液压监测系统和温度控制系统配有多个传感片,可以安放在含水层不同深度的位置,也可以密贴在岩层模型表面,实时监测并记...
【专利技术属性】
技术研发人员:左建平,杜建,吴根水,王鹏,
申请(专利权)人:中国矿业大学北京,
类型:发明
国别省市:北京;11
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