一种离层上位岩层破断时离层水动水压力监测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种离层上位岩层破断时离层水动水压力监测装置，属于离层水动水压领域，解决了离层水动水压力难以原位监测，无法准确评估岩层破断时离层水动水压的问题。本发明专利技术包括由底盖、矩形环状垫块、岩板和矩形环状橡胶密封垫片构成的离层腔和由顶盖、矩形环状橡胶密封垫片、岩板上表面覆膜构成的液压腔，并通过垫块调整岩板的悬跨区面积和悬跨区形状。向液压腔内注水加压使岩板在液压腔施加的均布载荷作用下发生破断并冲击离层腔内水体。本发明专利技术的监测装置实现了对离层上位岩层破断并冲击离层水的过程进行模拟以及对这一过程中产生的离层水动水压力进行监测，可为矿区离层水动水压力大小的评估提供依据，进一步指导矿区离层水害的防治。

A monitoring device for hydrodynamic and hydrodynamic pressure of separated strata when the upper strata of separated strata are broken

The invention relates to a monitoring device for hydrodynamic pressure of separation layer when the upper stratum of separation layer breaks, which belongs to the field of hydrodynamic pressure of separation layer, and solves the problem that hydrodynamic pressure of separation layer is difficult to be monitored in situ and can not accurately evaluate hydrodynamic pressure of separation layer when the stratum breaks. The invention comprises a layer separation cavity composed of a bottom cover, a rectangular annular gasket, a rock plate and a rectangular annular rubber sealing gasket, a hydraulic cavity composed of a top cover, a rectangular annular rubber sealing gasket and a film covering the surface of a rock plate, and adjusts the area and shape of the suspension area of the rock plate through a gasket. Water injection into the hydraulic chamber causes the rock slab to break and impact the water body in the separation chamber under the uniform load applied by the hydraulic chamber. The monitoring device realizes the simulation of the process of breaking and impacting the water separating from the upper stratum of the separation layer and the monitoring of the hydrodynamic pressure of the separation layer generated in the process, which can provide a basis for the evaluation of the hydrodynamic pressure of the separation layer in the mining area and further guide the prevention and control of the water separating layer in the mining area.

【技术实现步骤摘要】
一种离层上位岩层破断时离层水动水压力监测装置
本专利技术涉及煤层顶板覆岩离层水动水压力突水领域，尤其涉及一种离层上位岩层破断时离层水动水压力监测装置。
技术介绍
煤层顶板离层为采矿引起的覆岩不均匀沉降形成的层状空腔，离层空腔积水后形成离层水，离层水涌突、下泄至采煤工作面便形成离层水害。离层水害具有突水征兆不明、瞬时水量大、破坏性大等特点，所以研究离层水突水机理很有必要。离层水动水压力突水是危害较大的一种离层水害类型，离层水动水压力突水是由于离层上位岩层发生破断而对离层水体产生冲击作用，致使离层水体内瞬间产生一个较高的水压，这种瞬间产生的高水压就是离层水动水压力。在离层水动水压力突水过程中，动水压力的大小直接决定着离层下位的完整岩层或突水通道闭合带所遭受的冲击破坏作用的强弱，当动水压力能够使离层下位的完整岩层发生破断或者使离层下位的突水通道闭合带被击穿时，便形成了离层水涌突通道，进而发生离层水突水事故。由上分析可知，离层水动水压力是形成离层水涌突通道的关键因素，所以评估离层水动水压力的大小就很有必要。由于原位监测离层水动水压力的难度极大，故而采用实验方法对离层水动水压力进行研究是一个操作性较强的手段。目前，国内外学者对煤层顶板离层的研究较少，且多集中在离层注浆领域，而对离层水动水压力的研究极少，仅进行过火成岩破坏瞬间激发动水压力的实验研究，但其实验设计并不能对离层水动水压力的产生过程进行模拟。因此，目前尚无有效的、针对离层水动水压力监测的相关研究成果。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种离层上位岩层破断时离层水动水压力监测装置，用以解决离层水动水压力难以原位监测，无法准确评估岩层破断时离层水动水压的问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种离层上位岩层破断时离层水动水压力监测装置，包括：离层腔、液压腔、离层腔水压监测器、第一水罐和第二水罐；离层腔内部充水用于模拟离层积水；液压腔内部充水以提供施加在离层腔上部的岩板上的均布载荷，用于模拟离层上位岩层所承受的自重及上覆岩层挤压产生的均布载荷；第一水罐用于提供充入液压腔内的水,且第一水罐通过第一手压泵向液压腔内充水加压来提供施加在离层腔上部的岩板上的均布载荷；第二水罐通过第二手压泵向离层腔内注水加压来向离层腔内水体提供初始水压；离层腔内设置有多个水压传感器，用于在岩板在均布载荷作用下破断冲击离层腔内水体时监测离层腔水体的实时动水压。离层腔包括：岩板、矩形环状垫块和底盖，矩形环状垫块为环状结构；液压腔包括：顶盖、第一矩形环状橡胶密封垫片和岩板上表面覆膜，第一矩形环状橡胶密封垫片为环状结构；岩板上方设置岩板上表面覆膜；岩板和矩形环状垫块之间设置第二矩形环状橡胶密封垫片；底盖与矩形环状垫块之间设置第三矩形环状橡胶密封垫片。岩板和底盖之间设置多个垫块，垫块用于调整岩板的悬跨区面积和悬跨区形状；垫块与岩板之间设置第二橡胶垫片；垫块与底盖之间设置第三橡胶垫片；岩板和顶盖之间设置第一橡胶垫片，第一橡胶垫片与垫块的位置对应。顶盖、第一矩形环状橡胶密封垫片、岩板上表面覆膜、岩板、第二矩形环状橡胶密封垫片、矩形环状垫块、第三矩形环状橡胶密封垫片和底盖自上而下依次排列并通过卡子夹紧固定；卡子有多个，且均匀分布于矩形顶盖的四周；顶盖与卡子之间设置第一矩形环状钢质垫片；底盖与卡子之间设置第二矩形环状钢质垫片。顶盖上设置有液压腔进水孔；第一水罐通过液压腔加压管与液压腔进水孔连通，并通过第一手压泵向液压腔注水加压；底盖上设置有离层腔进或出水孔；第二水罐通过离层腔加压管与离层腔进出水孔连通；液压腔加压管上设置有第一液压罐阀门和液压腔水压监测计；离层腔加压管上设置有第二液压罐阀门和离层腔初始水压监测计；离层腔水压监测计用于监测离层腔内水体的初始水压。矩形环状垫块侧面设置有溢流孔，溢流孔与离层腔相通的一端安装溢流孔进水管，溢流孔的另一端安装溢流孔出水管；溢流孔进水管一端与溢流孔相连，另一端的管口置于岩板的下表面；溢流孔出水管上设置有溢流孔出水管阀门。离层腔进或出水孔外接进出水管，进出水管上设置有离层腔进出水总阀门；进出水管通过四通管与离层腔注水管、离层腔排水管和离层腔加压管连接；离层腔注水管上设置有离层腔注水管阀门，离层腔排水管上设置有离层腔排水管阀门。水压传感器的数量为多个，且均匀设置在底盖上，并通过信号传输线与信号收集处理器相连；信号收集处理器通过数据线与电脑相连。本专利技术的技术方案至少能实现以下有益效果之一：1、本专利技术用底盖、矩形环状垫块、矩形环状橡胶密封垫片、岩板形成的封闭空腔来模拟离层空腔，通过向离层腔内注水来模拟离层积水，并用手压泵为离层积水施加不同的水压来模拟不同的离层水初始水压。通过手压泵向液压腔内压水使液压腔产生施加在岩板上的均布载荷，模拟离层上位岩层承受的由自重及上覆岩层挤压作用形成的均布载荷。岩板在液压腔施加的均布载荷作用下发生破断并冲击离层腔内水体的过程模拟离层上位岩层破断时冲击离层积水的过程。通过内嵌在底盖里的水压传感器及时监测离层腔内的水在岩板破断冲击作用下获得的动水圧的大小及变化情况，即可准确模拟出离层上位岩层破断冲击离层积水时离层积水的动水压变化情况。2、本专利技术的模拟装置不仅能对离层上位岩层在均布载荷作用下发生破断并冲击离层水的过程进行模拟，而且能对这一过程中产生的离层水动水压力进行监测，离层水动水压力突水过程室内实验还原度高、动水压力监测及时准确，以便进一步对离层水害进行预防。3、本专利技术采用内嵌在底盖里的均匀分布的多个水压传感器监测水压，从而可以获得底盖不同位置的动水圧大小，进一步，得到离层腔内水体在岩板破断冲击作用下不同位置的动水圧，尤其是可获得动水圧最大值以及水压变化情况。4、本专利技术可以通过控制变量法来研究岩板厚度、岩板悬跨区面积、岩板悬跨区形状、岩板抗拉强度、离层空腔高度不同时，离层上位岩板断裂所需的均布载荷的大小，得到上述因素对岩板承载能力的影响，进一步判断岩板是否容易发生破断。5、本专利技术离层上位岩层破断时离层水动水压力监测模拟装置，可通过控制变量法来研究：岩板厚度、岩板悬跨区面积、岩板悬跨区形状(用岩板悬跨区长宽比来表示)、岩板抗拉强度、离层空腔高度、离层水初始水压等六个因素对离层上位岩层破断时离层水动水压力的影响。相关研究成果可为矿区离层水动水压力大小的评估提供实验及理论依据，而矿区离层水动水压力大小评估结果可为矿区离层水害防治提供参考。本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为离层水动水压力监测装置剖面图；图2为离层水动水压力监测装置剖面图的局部放大图；图3为矩形环状钢质垫片的三维立体图；图4为顶盖的三维立体图；图5为矩形环状橡胶密封垫片的三维立体图；图6为矩形环状垫块的三维立体图；图7为底盖的三维立体图。附图标记：1-第一矩形环状钢质垫片；2-顶盖；3-第一矩形环状橡胶密封垫片；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离层上位岩层破断时离层水动水压力监测装置，其特征在于，包括：离层腔、液压腔、离层腔水压监测器(30)、第一水罐(17)和第二水罐(36)；所述离层腔内部充水用于模拟离层积水；所述液压腔内部充水以提供施加在离层腔上部的岩板(5)上的均布载荷，用于模拟离层上位岩层所承受的自重及上覆岩层挤压产生的均布载荷；所述第一水罐(17)用于提供充入液压腔内的水,且第一水罐(17)通过第一手压泵(16)向液压腔内充水加压来提供施加在离层腔上部的岩板(5)上的均布载荷；所述第二水罐(36)通过第二手压泵(35)向离层腔内注水加压来向离层腔内水体提供初始水压；所述离层腔内设置有多个水压传感器(37)，用于在岩板(5)在所述均布载荷作用下破断冲击离层腔内水体时监测离层腔内水体的实时动水压。

【技术特征摘要】
1.一种离层上位岩层破断时离层水动水压力监测装置，其特征在于，包括：离层腔、液压腔、离层腔水压监测器(30)、第一水罐(17)和第二水罐(36)；所述离层腔内部充水用于模拟离层积水；所述液压腔内部充水以提供施加在离层腔上部的岩板(5)上的均布载荷，用于模拟离层上位岩层所承受的自重及上覆岩层挤压产生的均布载荷；所述第一水罐(17)用于提供充入液压腔内的水,且第一水罐(17)通过第一手压泵(16)向液压腔内充水加压来提供施加在离层腔上部的岩板(5)上的均布载荷；所述第二水罐(36)通过第二手压泵(35)向离层腔内注水加压来向离层腔内水体提供初始水压；所述离层腔内设置有多个水压传感器(37)，用于在岩板(5)在所述均布载荷作用下破断冲击离层腔内水体时监测离层腔内水体的实时动水压。2.根据权利要求1所述的离层上位岩层破断时离层水动水压力监测装置，其特征在于，所述离层腔包括：岩板(5)、矩形环状垫块(7)和底盖(9)，所述矩形环状垫块(7)为环状结构；所述液压腔包括：顶盖(2)、第一矩形环状橡胶密封垫片(3)和岩板上表面覆膜(4)，所述第一矩形环状橡胶密封垫片(3)为环状结构；所述岩板(5)上方设置岩板上表面覆膜(4)；所述岩板(5)和矩形环状垫块(7)之间设置第二矩形环状橡胶密封垫片(6)；所述底盖(9)与矩形环状垫块(7)之间设置第三矩形环状橡胶密封垫片(8)。3.根据权利要求2所述的离层上位岩层破断时离层水动水压力监测装置，其特征在于，所述岩板(5)和底盖(9)之间设置多个垫块(14)，所述垫块(14)用于调整岩板(5)的悬跨区面积和悬跨区形状；所述垫块(14)与岩板(5)之间设置第二橡胶垫片(13)；所述垫块(14)与底盖(9)之间设置第三橡胶垫片(15)；岩板(5)和顶盖(2)之间设置第一橡胶垫片(12)，所述第一橡胶垫片(12)与所述垫块(14)的位置对应。4.根据权利要求3所述的离层上位岩层破断时离层水动水压力监测装置，其特征在于，所述顶盖(2)、第一矩形环状橡胶密封垫片(3)、岩板上表面覆膜(4)、岩板(5)、第二矩形环状橡胶密封垫片(6)、矩形环状垫块(7)、第三矩形环状橡胶密封垫片(8)和底盖(9)自上而下依次排列并通过卡子(11)夹紧固定。5.根据权利要求4所述的离层上位岩层破断时离层水动水压力监测装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺江辉，李文平，王启庆，陈维池，杨志，刘士亮，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32