一种二维固液耦合相似模拟煤矿采空区积水的实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种二维固液耦合相似模拟煤矿采空区积水的实验装置，包括顶部开口的试验箱和底座，试验箱安装在底座上，试验箱底部铺设有岩层模拟结构；所述岩层模拟结构由下往上依次为底板隔水层、煤层、覆岩层以及松散岩层，所述试验箱内还设有煤层开采系统，煤层开采系统包括加热装置、排液管和导水管；所述加热装置设在煤层下方，排液管贯穿试验箱向内设在煤层与底板隔水层的交界处；与外部水源相连的导水管伸入试验箱中设在煤层与底板隔水层之间。本实验装置能对煤矿采空区积水状态下采空区地表及其覆岩的移动变形进行准确的模拟。模拟。模拟。

【技术实现步骤摘要】
一种二维固液耦合相似模拟煤矿采空区积水的实验装置


[0001]本技术属于固液耦合相似模拟
，具体涉及一种二维固液耦合相似模拟煤矿采空区积水的实验装置。

技术介绍

[0002]固液耦合是指岩体工程中的液体与固体间的相互作用，由于液体的流动与岩体的变形和破坏产生耦合。对于固液耦合问题，相似模拟非常复杂，首先固液耦合的相似理论的研究比较少，尚处于起步阶段；其次是模拟材料必须满足与原型岩层力学性质和水理性质相似两个条件，一般常用的相似模拟材料遇水后强度变化很大，极易崩解，这就给相似材料配制带来极大的困难。
[0003]二维固液耦合相似模拟实验是根据相似配比结果铺设相似材料模型，对采空区原型进行仿真模拟。由于季节性降水导致地下水水位回升，使得地下水进入采空区，已经达到相对稳定状态的采空区在地下水作用下上覆岩层及煤柱原始平衡状态被破坏，岩体中的裂隙、空洞和离层再次被压实，岩块本身也会发生移动和变形，采空区发生活化，再次引发地表移动。以往对这方面的研究都是以理论方法或者数值模拟进行的，这些都是理想化的模型，许多模拟结果往往不能很好反映采空区积水状态下上覆岩层及地表的移动变形规律。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术的不足，本技术旨在提供一种二维固液耦合相似模拟煤矿采空区积水的实验装置，本实验装置能对煤矿采空区积水状态下覆岩裂隙、离层发育特征进行准确的模拟，以解决现有模拟煤矿采空区积水的实验装置中煤层开挖不完全、相似材料选取配比困难及密封性差致使上覆岩层及地表的变形移动规律不明显等问题。
[0005]为了实现上述目的，本技术采用的技术方案为：
[0006]二维固液耦合相似模拟煤矿采空区积水的实验装置，包括顶部开口的试验箱和底座，试验箱安装在底座上，所述试验箱前侧设有透明的前观测板，试验箱底部铺设有岩层模拟结构；所述岩层模拟结构由下往上依次为底板隔水层、煤层、覆岩层以及松散岩层，分层之间铺设云母片模拟岩层层理；所述煤层采用热溶固体材质；
[0007]所述试验箱内还设有煤层开采系统，煤层开采系统包括加热装置、排液管和导水管；所述加热装置设在煤层下方，排液管贯穿试验箱向内设在煤层与底板隔水层的交界处；与外部水源相连的导水管伸入试验箱中设在煤层与底板隔水层之间。
[0008]优选地，所述加热装置包括温度调节控制器和多个能独立加热的加热片，与温度调节控制器相连的加热片安装在煤层和底板隔水层之间。
[0009]优选地，所述煤层采用固态石蜡材质。
[0010]优选地，所述松散岩层的实验原型为泥岩，所述覆岩层的实验原型为石灰岩和砂岩；所述底板隔水层的实验原型为粉砂岩和泥岩，其所用材料包括按照比例铺设的河砂、碳酸钙、石蜡、凡士林、液压油。
[0011]优选地，所述排液管的排液端连通储液容器。
[0012]优选地，所述前观测板与外框架、侧板、底板组成上方开口的试验箱，侧板和底板内侧设有防水层。
[0013]优选地，所述侧板的连接处设有膨胀止水条。
[0014]优选地，所述前观测板采用有机玻璃材质，侧板和底板采用橡胶板材质。
[0015]本技术具有的有益效果为：
[0016]1.本技术实验装置前后设有机玻璃、橡胶板，能够在前后受压时每个面发生形变时保证防水性，而且在橡胶板内侧涂有机防水涂料和遇水膨胀止水条，增强该实验装置防水性能，避免采空区积水泄漏影响实验结果。
[0017]2.本技术岩层模拟系统严格按照原型中各岩层性质使用合适的相似材料进行配比得出，真实反映地下各个岩层岩性，使实验结果更加准确可信。
[0018]3.本技术使用固体石蜡、加热装置等模拟煤层开采，操作十分方便而且省力，同时也能使煤层开采准确，完全解决了二维煤矿采空区模型开采煤层不准确、不完全等问题。
[0019]4.本技术在相似材料选择上以河砂、碳酸钙为骨料，石蜡、凡士林为胶结剂，液压油为调节剂，石蜡、凡士林具有非亲水性，解决了以往固液耦合相似材料模型遇水易崩解、强度变化大等问题。
附图说明
[0020]图1为本技术实验装置的立体图；
[0021]图2为本技术实验装置的主视图；
[0022]图3为煤层开采系统的结构示意图。
具体实施方式
[0023]如图1
‑
3所示，本技术提出了一种二维固液耦合相似模拟煤矿采空区积水的实验装置，包括顶部开口的试验箱1和底座6，试验箱1底部铺设有岩层模拟结构2；岩层模拟结构2由下往上依次为底板隔水层24、煤层23、覆岩层22以及松散岩层21，分层之间铺设云母片模拟岩层层理。其中煤层23采用热溶固体材质。其中本实施例中煤层23采用固态石蜡材质。
[0024]本技术采用河砂、碳酸钙为骨料，石蜡、凡士林为胶结剂，液压油为调节剂，然后按照一定比例铺设各岩层。石蜡、凡士林具有非亲水性，解决了以往固液耦合相似材料模型遇水易崩解、强度变化大等问题。本技术岩层模拟系统严格按照原型中各岩层性质使用合适的相似材料进行配比得出，真实反映地下各个岩层岩性，使实验结果更加准确可信。
[0025]试验箱1安装在底座6上，试验箱1前侧设有透明的前观测板12。前观测板12与外框架10、侧板、底板13组成上方开口的试验箱1，前观测板12采用有机玻璃材质，侧板和底板13采用橡胶板材质。侧板和底板13内侧设有有机防水层，防止采空区积水泄漏。橡胶板的接合处内侧贴有遇水膨胀止水条，增强实验装置防水性与密封性。其中，外框架10尺寸优选为：长为1300mm、宽为200mm、高为1000mm，材质选用型号20a的热轧槽钢。侧板中的后侧板11选
用尺寸为1200
×
800mm2、厚度为10mm的橡胶板。前侧板3选用尺寸为1200
×
800mm2、厚度为15mm的有机玻璃便于观测。前侧板、侧板采用螺栓固定连接在外框架10上。本技术试验箱1前后设有机玻璃、橡胶板，能够在前后受压时每个面发生形变时保证防水性，而且在橡胶板内侧涂有机防水涂料和遇水膨胀止水条，增强该实验装置防水性能，避免采空区积水泄漏影响实验结果。
[0026]试验箱1内还设有煤层23开采系统，煤层23开采系统包括加热装置、排液管4和导水管3；加热装置设在煤层23下方，排液管4贯穿试验箱1向内设在煤层23与底板隔水层24的交界处。与外部水源相连的导水管3伸入试验箱1中设在煤层23与底板隔水层24之间，用于在采空区稳定后导水形成采空区积水。排液管4外部的排液端连通储液容器5。
[0027]加热装置包括温度调节控制器72和多个能独立加热的加热片71（采用防水陶瓷加热片），与温度调节控制器72相连的加热片71安装在煤层23和底板隔水层24之间。本技术使用固体石蜡、加热装置等模拟煤层23开采，操作十分方便而且省力，同时也能使煤层开采准确、完全，解决了二维煤矿采空区模型开采煤层不准确、不完全等问题。
[0028]采用上述的实验本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维固液耦合相似模拟煤矿采空区积水的实验装置，其特征在于：包括顶部开口的试验箱和底座，试验箱安装在底座上，所述试验箱前侧设有透明的前观测板，试验箱底部铺设有岩层模拟结构；所述岩层模拟结构由下往上依次为底板隔水层、煤层、覆岩层以及松散岩层，分层之间铺设云母片模拟岩层层理；所述煤层采用热溶固体材质；所述试验箱内还设有煤层开采系统，煤层开采系统包括加热装置、排液管和导水管；所述加热装置设在煤层下方，排液管贯穿试验箱向内设在煤层与底板隔水层的交界处；与外部水源相连的导水管伸入试验箱中设在煤层与底板隔水层之间。2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述加热装置包括温度调节控制器和多个能独立加热的加热片，与温度调节控制器相连的加热片安装在煤层和底板隔水层之间。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：董茹豪，任连伟，顿志林，邹正盛，刘希亮，高保彬，张文志，李志超，王新宇，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：新型
国别省市：