一种水沙运移模拟试验装置及方法，试验装置包括水流控制系统、水沙收集系统、模型箱和参数采集系统，能够在实验室里模拟水沙运移环境条件，获取相关参数，应用到实际防治中，试验方法主要包括洗沙、筛分、配样、铺沙、饱水、水沙运移、断面测量、采集图片等步骤。本发明专利技术能够在实验室里模拟突水溃沙过程，并通过参数采集装置获取水流速度、水压等参数，为进一步对突水溃沙的水动力条件以及突水溃沙过程中的形态演化规律进行研究提供科学依据。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及水沙运移参数采集、监测
，具体是一种水沙运移模拟试验装 置。
技术介绍
我国西部有丰富的地下矿产资源，煤炭远景储量85%在西部。在西部大开发中，作 为矿产资源承接地，矿产资源开发中屯、西移。很多矿区地处沙漠地区，自然地理条件差，植 被稀少，地质环境脆弱，地表广布沙丘沙梁，发生突水溃沙可能性很大，因此在开采前，必须 要对矿井溃沙灾害进行有效的防治。 发生突水溃沙灾害时，很多情况下是由于对突水机理研究不够深入，由于煤矿面 积较大，想获取相关参数实施困难，试验周期长且测量的数据具有局限性。在实验室条件下 该些参数易于测量，在突水溃沙区域该些量也能够实现测量，因此室内选取的参数具有可 行性。对该些参数规律的研究成果可应用于煤矿突水溃沙防治的工程实践中。
技术实现思路
为了更好的研究孔隙介质中水沙两相混合流的运移规律，本专利技术提供了一种水沙 运移模拟试验装置，能够在实验室里模拟突水溃沙过程，获取有关参数。 本专利技术采用的技术方案；一种水沙运移模拟试验装置，包括水流控制系统、模型 箱、水沙收集系统和参数采集系统；所述的水流控制系统包括加压进水装置，安装在加压进 水装置水管上的压力表和流量表；所述的模型箱一侧的侧壁上设有进水口、模型箱另一侧 的侧壁上设有水沙出口，水沙出口上方设有出水口；所述的加压进水装置的水管连接模型 箱的进水口；所述的模型箱的底部设有水压监测装置；所述的水沙收集系统包括水沙收集 装置；所述的参数采集系统包括计算机和与之连接的信号采集器，所述的信号采集器与水 压监测装置连接。 -种利用上述水沙运移模拟试验装置进行试验的方法，包括W下步骤：S1;洗沙，将沙样进行水洗，去除沙样中的粘±或粘粒成分，将水洗后的沙样放入 烘干箱烘干5小时；S2;筛分，选取10、18、35、60、200目的筛网，对烘干后的沙样进行不同粒径的筛 分，获得粒径为2~0. 5mm的粗沙、粒径为0. 5~0. 25mm的中沙和粒径为0. 25~0. 075的 细沙=种沙样；S3;配样，将筛选出来的S种沙样按照不同级配要求进行配比，并对试样的密度、 总孔隙度、颗粒级配进行测定； S4 ;铺沙，将模型箱等分为S个区域，相邻区域间用挡板隔开；将配制好的沙样按 照从左到右的方式分区域均匀铺设在模型箱底部，两相邻区域的沙样之间填充与试验沙样 粒径和级配相同的彩沙，彩沙铺设宽度为2~3cm，高度与沙样一致； S5;饱水，打开模型箱进水口和出水口，关闭水沙出口；打开加压进水装置，调节 阀口控制水流w较小的流量进入模型箱，逐渐浸润沙样，直至水从出水口溢出，此过程中保 证沙样不随水流溢出；关闭进水口和出水口，将模型箱静置30分钟；S6;水沙运移模拟，打开水沙出口、加压进水装置和信号采集器，调节进水阀口，使 其由小到大逐级增大进水流速，通过透明玻璃观察沙样和彩沙的运移规律，收集水沙出口 流出的水沙并用秒表计时；S7;断面测量，将模型箱顶部的玻璃板垂直上抬移开，用刻度尺量取水沙运移后形 成的断面形态，再用相机拍摄沙样轨迹图片；S8;用与模型箱同等宽度的薄铁片将模型箱内最上层0. 5cm的沙层均匀移走，用 相机拍摄模型箱内沙样轨迹图片；S9;重复步骤S8,向下逐层移沙直至沙样轨迹图片全部采集完毕。 本专利技术的有益效果；本专利技术能够在实验室里模拟突水溃沙过程，并通过参数采集 装置获取水流速度、水压等参数，为进一步对突水溃沙的水动力条件W及突水溃沙过程中 的形态演化规律进行研究提供科学依据。【附图说明】 图1是本专利技术试验装置整体结构示意图； 图2是本专利技术试验装置模型箱结构示意图； 图中，1、进水口，2、水流缓冲装置，3、微孔，4、刻度，5、出水口，6、水沙出口。【具体实施方式】 为了更好地表述本专利技术技术方案的细节及其有益效果，现结合附图作进一步说 明。 如图1所示，一种水沙运移模拟试验装置，包括水流控制系统、模型箱、水沙收集 系统和参数采集系统；所述的水流控制系统包括加压进水装置，安装在加压进水装置水管 上的压力表和流量表；所述的模型箱一侧的侧壁上设有进水口 1、模型箱另一侧的侧壁上 设有水沙出口 6,水沙出口 6上方设有出水口 5 ;所述的加压进水装置的水管连接模型箱的 进水口 1 ;所述的模型箱的底部设有水压监测装置；所述的水沙收集系统包括水沙收集装 置；所述的参数采集系统包括计算机和与之连接的信号采集器，所述的信号采集器与水压 监测装置连接。 在本实施例中，所述的模型箱内部，距进水口 1处设有一水流缓冲装置2,模型箱 内除水流缓冲装置2外的其它区域为装沙区域。所述的水流缓冲装置2包括一块开有均匀 孔网的固定挡板，所述的固定挡板距进水口 150mm，固定挡板的四周与模型箱密封连接，所 述的固定挡板和进水口 1所在的侧壁之间设有海绵，确保试验水流为均匀出流的面状流。 所述的固定挡板远离进水口 1的一侧罩有一层100目的筛网，防止沙上混入。[002引所述的模型箱内部的长宽高分别为600111111、100111111、100111111，进水口1、出水口5和水 沙出口 6的直径为20mm，箱体材质采用厚度为20mm的透明钢化玻璃。模型箱底部，距水流 缓冲装置2100mm、250mm和400mm处分别设有=个规格为M10*l. 5的微孔3,用于埋设孔隙 水压力计探头，孔隙水压力计通过数据采集器连接计算机终端。模型箱内部，距水流缓冲装 置2150mm、300mm和450mm处分别设有3个3mm厚的卡槽，用来放置挡板，使沙样能够均匀 分区域铺设。 所述的水压监测装置采用3只服LY-H型孔隙水压力传感器，传感器的直径10mm， 长度130mm，量程分别0~lOOkPa，2只；0~300kPa，1只，预备适应不同水压的实际需求， 精度等级0. 25%，输出电压0~5V，所述的压力传感器连接一用于校正结果的测压管。信 号采集器采用DATA14邸贴15数据采集器，采集频率不低于1次/S。 所述的模型箱顶部为一可开合的密闭玻璃板，玻璃板与模型箱接触的四个侧面之 间设有一层3mm厚的塑料软板，增加模型箱的隔水性能，玻璃板的四周设有多个用于固定 玻璃板位置的螺丝钉。 所述的加压进水装置采用高压水累，所述的加压进水装置的水管上设置有自带刻 度的阀口，能够定量微调控制进水流量，满足试验所需要的流量大小和调节精度。加压进水 装置通过调节水累来控制水流速度达到试验所需的流速。 所述的模型箱的侧面及其顶部均刻有精度为1mm的刻度4,用来标记沙样及彩沙 位置，能够直接观察并量测两相流的运动过程。所述的流量表采用的是祸街流量计，量程可 按需要自行调节，可满足试验要求，精度± 1 %，仪表显示面板的主显示屏可自动记录流量 累计量、瞬时流量、流量信号频率值及输出电流值。体积流量或质量流量可进行自定义调 节，读数可保留小数点后两位。 本试验装置水源由专口的水箱提供，由高压水累将水从水箱中抽到模型箱内。操 作箱内设有操作控制系统，主要功能是控制试验装置电源，开启、关闭水累。压力表主要显 示进水口 1处压力值，将信号反馈给操作箱，并且可W设定阔值，当水压达到设定阔值时， 操作箱自动断开水累电源，保证模型箱不被高水压压裂。 一种利用上述的水沙运移模拟试验装置进行试验的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种水沙运移模拟试验装置，其特征在于：包括水流控制系统、模型箱、水沙收集系统和参数采集系统；所述的水流控制系统包括加压进水装置和安装在加压进水装置水管上的压力表和流量表；所述的模型箱一侧的侧壁上设有进水口、模型箱另一侧的侧壁上设有水沙出口，水沙出口上方设有出水口；所述的加压进水装置的水管连接模型箱的进水口；所述的模型箱的底部设有水压监测装置；所述的水沙收集系统包括水沙收集装置；所述的参数采集系统包括计算机和与之连接的信号采集器，所述的信号采集器与水压监测装置连接；所述的试验装置还设有用于控制设备电源的操作箱。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐智敏，孙亚军，蔡淼，刘灏，靳月灿，邵思慧，李佳俊，肖华，崔思源，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。