煤矿地下水库相似模拟试验系统及煤矿地下水库模拟方法技术方案

本发明专利技术提供了一种煤矿地下水库相似模拟试验系统及煤矿地下水库模拟方法。煤矿地下水库相似模拟试验系统，包括：底座；相似材料箱，设置在底座上，相似材料箱包括箱体、采空区垮落带模拟层及导水裂缝带模拟层，箱体具有容纳腔和与容纳腔均连通的第一进液口、第二进液口、排液口、检测孔，采空区垮落带模拟层和导水裂缝带模拟层均设置在容纳腔内；水源补给组件，包括第一、第二供液装置，第一供液装置与第一进液口连通，第二供液装置与第二进液口连通；水压监测装置，用于检测检测孔处的水压；水样采集测试装置，用于检测排液口内水样的水质指标。本发明专利技术解决了现有技术中无法获取煤矿地下水库内水岩相互作用过程的问题。下水库内水岩相互作用过程的问题。下水库内水岩相互作用过程的问题。

【技术实现步骤摘要】
煤矿地下水库相似模拟试验系统及煤矿地下水库模拟方法


[0001]本专利技术涉及煤矿地下水及采空区环境
，具体而言，涉及一种煤矿地下水库相似模拟试验系统及煤矿地下水库模拟方法。

技术介绍

[0002]目前，煤炭作为我国主体能源，在一次能源的生产和消费结构中比重分别占76％和66％。每年我国煤炭开采破坏地下水约80亿吨，且矿井水利用率仅为25％左右，损失的矿井水资源相当于我国每年工业和生活缺水量(100亿吨)的60％。为实现矿井水的绿色高效利用，提出了“地下水库储水”的学术思想和矿井水井下储存利用的理念，即利用煤矿采空区进行储水，将安全煤柱用人工坝体连接形成水库坝体，突破以往“堵截”地下水的被动保水开采方式，开辟了煤炭开发与水资源保护利用的新途径。
[0003]然而，由于煤矿地下水库的封闭性和复杂性，目前对地下水库的水环境特征(如地下水库进出水流速、水力停留时间和水头压力等)和库内水岩相互作用尚不清楚，进而影响了地下水库水资源的科学管理和高效利用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种煤矿地下水库相似模拟试验系统及煤矿地下水库模拟方法，以解决现有技术中无法获取煤矿地下水库内水岩相互作用过程的问题。
[0005]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种煤矿地下水库相似模拟试验系统，包括：底座；相似材料箱，设置在底座上，相似材料箱包括箱体、采空区垮落带模拟层及导水裂缝带模拟层，箱体具有容纳腔和与容纳腔均连通的第一进液口、第二进液口、排液口、检测孔，采空区垮落带模拟层和导水裂缝带模拟层均设置在容纳腔内且位于导水裂缝带模拟层的下方；水源补给组件，包括第一供液装置和第二供液装置，第一供液装置与第一进液口连通且用于向采空区垮落带模拟层内供液，第二供液装置与第二进液口连通且用于向导水裂缝带模拟层内供液；水压监测装置，用于检测检测孔处的水压；水样采集测试装置，用于检测排液口内水样的水质指标。
[0006]进一步地，采空区垮落带模拟层由煤矸石和细砾混合形成，导水裂缝带模拟层包括：多层云母片；混合物，设置在相邻的两侧云母片之间，混合物由砂石和滑石粉混合形成。
[0007]进一步地，水压监测装置包括：铜管，穿设在检测孔内，铜管的第一端伸入容纳腔内；软管，软管的第一端与铜管的第二端连通；水压传感器，设置在软管的第二端内，以用于检测容纳腔内的水压。
[0008]进一步地，水样采集测试装置还包括：取样管，用于采集排液口内的水样；计时器，用于计时；水样测试仪，用于检测预设时间段内水样的水质指标。
[0009]进一步地，第一供液装置包括：第一蓄水结构；第一缓存结构；第一牵引件，与第一缓存结构连接；第一管路，与第一蓄水结构和第一缓存结构均连通；第一泵体，设置在第一管路上，以用于将位于第一蓄水结构内的液体泵送至第一缓存结构内；第二管路，与第一缓
存结构和第一进液口均连通；第三管路，与第一蓄水结构和第一缓存结构均连通；第一控制阀，设置在第二管路上，以用于控制第二管路的通断状态、位于第二管路内液体的流量、流速中的至少一种。
[0010]进一步地，第二供液装置包括：第二蓄水结构；第二缓存结构；第二牵引件，与第二缓存结构连接；第四管路，与第二蓄水结构和第二缓存结构均连通；第二泵体，设置在第四管路上，以用于将位于第二蓄水结构内的液体泵送至第二缓存结构内；第五管路，与第二缓存结构和第二进液口均连通；第六管路，与第二蓄水结构和第二缓存结构均连通；第二控制阀，设置在第五管路上，以用于控制第五管路的通断状态、位于第五管路内液体的流量、流速中的至少一种。
[0011]进一步地，煤矿地下水库相似模拟试验系统还包括：第七管路；回收结构，回收结构通过第七管路与排液口连通；和/或，标尺，设置在箱体的侧边上。
[0012]根据本专利技术的另一方面，提供了一种煤矿地下水库模拟方法，适用于上述的煤矿地下水库相似模拟试验系统，煤矿地下水库模拟方法包括：控制煤矿地下水库相似模拟试验系统的第一供液装置向箱体内供液，控制第二供液装置向箱体内供液，检测箱体的密封性，间隔第一预设时间段后，打开箱体的排液口，以使液体从箱体内排空；向箱体内依次铺设采空区垮落带模拟层和导水裂缝带模拟层，以将箱体填满；对采空区垮落带模拟层和导水裂缝带模拟层压实n天后，控制第一供液装置向采空区垮落带模拟层内供液、第二供液装置向导水裂缝带模拟层内供液；向第一供液装置和第二供液装置内投入示踪剂，每间隔第二预设时间段使用水样采集测试装置对排液口内水样的水质指标和示踪剂浓度进行检测，并绘制示踪剂浓度随时间的变化曲线；在示踪剂浓度达到预设浓度值时，根据箱体进、排水的水质检验结果结合水文地球化学原理，分析箱体中发生的主要水岩相互作用过程。
[0013]进一步地，在向第一供液装置和第二供液装置内投入示踪剂之前，调整第一供液装置的第一缓存结构的高度和/或第二供液装置的第二缓存结构的高度。
[0014]进一步地，在向第一供液装置和第二供液装置内投入示踪剂之前，调整煤矿地下水库相似模拟试验系统的第一控制阀的闭合程度、第二控制阀的闭合程度及第三控制阀的闭合程度中的至少一种。
[0015]应用本专利技术的技术方案，煤矿地下水库相似模拟试验系统包括相似材料箱、水源补给组件、水压监测装置及水样采集测试装置。相似材料箱包括箱体、采空区垮落带模拟层及导水裂缝带模拟层，水源补给组件包括第一供液装置和第二供液装置，第一供液装置与相似材料箱的第一进液口连通且用于向采空区垮落带模拟层内供液，第二供液装置与箱体的第二进液口连通且用于向导水裂缝带模拟层内供液。水压监测装置用于检测相似材料箱内的水压，水样采集测试装置用于检测排液口内水样的水质指标。这样，煤矿地下水库相似模拟试验系统能够更加真实地模拟煤矿地下水库进、出水流速、水压、水力停留时间和水岩相互作用过程，为煤矿矿井水安全、高效和绿色利用提供科学理论依据，进而解决了现有技术中无法获取煤矿地下水库内水岩相互作用过程的问题，便于工作人员清楚地观察地下库中水流演化，实时监测水库进出口流速和库内水头变化，动态检测库内水质变化。
附图说明
[0016]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示
意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0017]图1示出了根据本专利技术的煤矿地下水库相似模拟试验系统的实施例的结构示意图；
[0018]图2示出了图1中的煤矿地下水库相似模拟试验系统的相似材料箱的后视图；
[0019]图3示出了图1中的煤矿地下水库相似模拟试验系统的水压监测装置的结构示意图；
[0020]图4示出了图1中的煤矿地下水库相似模拟试验系统的胭脂红浓度随时间变化曲线；
[0021]图5示出了根据本专利技术的煤矿地下水库模拟方法的实施例的流程图。
[0022]其中，上述附图包括以下附图标记：
[0023]1、相似材料箱；2、左滤板；3、右滤板；4、密封圈；5、承压盖板；6、螺栓；7、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿地下水库相似模拟试验系统，其特征在于，包括：底座(19)；相似材料箱(1)，设置在所述底座(19)上，所述相似材料箱(1)包括箱体、采空区垮落带模拟层(17)及导水裂缝带模拟层(16)，所述箱体具有容纳腔和与所述容纳腔均连通的第一进液口、第二进液口、排液口、检测孔(8)，所述采空区垮落带模拟层(17)和所述导水裂缝带模拟层(16)均设置在所述容纳腔内且位于所述导水裂缝带模拟层(16)的下方；水源补给组件，包括第一供液装置(60)和第二供液装置(70)，所述第一供液装置(60)与所述第一进液口连通且用于向所述采空区垮落带模拟层(17)内供液，所述第二供液装置(70)与所述第二进液口连通且用于向所述导水裂缝带模拟层(16)内供液；水压监测装置(80)，用于检测所述检测孔(8)处的水压；水样采集测试装置(90)，用于检测所述排液口内水样的水质指标。2.根据权利要求1所述的煤矿地下水库相似模拟试验系统，其特征在于，所述采空区垮落带模拟层(17)由煤矸石和细砾混合形成，所述导水裂缝带模拟层(16)包括：多层云母片；混合物，设置在相邻的两侧云母片之间，所述混合物由砂石和滑石粉混合形成。3.根据权利要求1所述的煤矿地下水库相似模拟试验系统，其特征在于，所述水压监测装置(80)包括：铜管(11)，穿设在所述检测孔(8)内，所述铜管(11)的第一端伸入所述容纳腔内；软管(12)，所述软管(12)的第一端与所述铜管(11)的第二端连通；水压传感器(15)，设置在所述软管(12)的第二端内，以用于检测所述容纳腔内的水压。4.根据权利要求1所述的煤矿地下水库相似模拟试验系统，其特征在于，所述水样采集测试装置(90)还包括：取样管(48)，用于采集所述排液口内的水样；计时器(47)，用于计时；水样测试仪(49)，用于检测预设时间段内所述水样的水质指标。5.根据权利要求1所述的煤矿地下水库相似模拟试验系统，其特征在于，所述第一供液装置(60)包括：第一蓄水结构(31)；第一缓存结构(26)；第一牵引件(28)，与所述第一缓存结构(26)连接；第一管路(25)，与所述第一蓄水结构(31)和所述第一缓存结构(26)均连通；第一泵体(30)，设置在所述第一管路(25)上，以用于将位于所述第一蓄水结构(31)内的液体泵送至所述第一缓存结构(26)内；第二管路(24)，与所述第一缓存结构(26)和所述第一进液口均连通；第三管路(23)，与所述第一蓄水结构(31)和所述第一缓存结构(26)均连通；第一控制阀(22)，设置在所述第二管路(24)上，以用于控制所述第二管路(24)的通断状态、位于所述第二管路(24)内液体的流量、流速中的至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李白，王安，张海涛，
申请(专利权)人：中国神华能源股份有限公司神东煤炭分公司，
类型：发明
国别省市：