礦井突水規律地質力學試驗平臺的製作方法
2023-06-12 11:28:41 1
專利名稱：礦井突水規律地質力學試驗平臺的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種礦井突水規律實驗裝置，尤其涉及一種礦井突水規律地質力學試驗 平臺。
背景技術：
礦井突水問題由於其特殊性，人們不可能在現場觀察到突水時的破壞過程。現有技 術中， 一般通過實驗室內進行突水相似模擬試驗。 上述現有技術至少存在以下缺點
模型試驗基本上是採用平面應力模型，不僅邊界條件很難滿足，而且在模擬水壓 時，都是利用其他力來代替，無法反映承壓水特點，也不能反映水的滲透衝刷性能。
發明內容
本發明的目的是提供一種礦井突水規律地質力學試驗平臺，該平臺能夠實時監測突 水過程中應力場、應變場和滲流場的變化情況。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的 本發明的礦井突水規律地質力學試驗平臺，包括用於放置實驗材料的箱體，其特徵在 於，所述箱體的底部設有多個進水口，所述進水口與水壓控制系統連接；
所述箱體的前壁設有開挖預窗口；所述箱體的側壁設有數據釆集系統。
由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明所述的礦井突水規律地質力學試驗 平臺，由於箱體的底部設有多個進水口，進水口與水壓控制系統連接；箱體的前壁設有 開挖預窗口；箱體的側壁設有數據採集系統。能夠實時監測突水過程中應力場、應變場 和滲流場的變化情況。
圖l為本發明礦井突水規律地質力學試驗平臺立面結構示意圖； 圖2為本發明礦井突水規律地質力學試驗平臺側面結構示意圖； 圖3為本發明礦井突水規律地質力學試驗平臺箱體底板進水口布置示意圖；圖4為本發明礦井突水規律地質力學試驗平臺箱體側面預留口布置示意圖。
具體實施例方式
本發明的礦井突水規律地質力學試驗平臺，其較佳的具體實施方式
如圖l、圖2所 示，包括用於放置實驗材料的箱體2。
根據需要，還可以包括底座l,箱體2設於底座1上，底座上設有反力架3，反力架3可 以用工字鋼9、連接螺栓10等製成。反力架3的頂梁上設有千斤頂4，千斤頂4能夠對箱體2 內的實驗材料加壓。具體實驗過程中，是否需要加壓，加壓多少，根據實驗要求確定。
如圖3所示，箱體2的底部設有多個進水U11，進水口11通過進水管道8與水壓控制系 統5連接；
箱體2的前壁設有開挖預窗口7;箱體2的側壁設有數據採集系統。數據採集系統包括 以下至少一個裝置應力採集裝置61、視電阻率採集裝置62和孔隙水壓力採集裝置63， 還可以包括其它的數據採集裝置。
如圖4所示，箱體2的側壁設有進線孔12，數據採集系統的傳感器或檢測電極等通過 進線孔12設置於箱體2內。
本發明的礦井突水規律地質力學試驗平臺能夠模擬以下至少一種礦井狀況，並獲取 該狀況的實驗數據
礦井底板、頂板和地質構造突水； 模擬承壓水的滲流和衝刷作用； 按照相似比模擬承壓水的水壓和流量；
通過獲取試驗過程中視電阻率的變化，獲知煤層底板的破壞情況； 通過獲取試驗過程中孔隙水壓力的變化，獲知滲流場的變化情況。 其中的實驗材料為經過配比試驗的相似材料。
下面對本發明的原理進行詳細的描述-
當模擬礦井底板突水時，箱體內按照計算好的相似比鋪設試驗材料，在煤層底板分 層鋪設電極、應力傳感器和孔隙水壓力傳感器，將數據線通過如圖4所示的側面預留n引 出。通過圖3的箱體底板進水口向鋪設的試驗材料充水，當含水層中的水達到飽和時，打 開箱體提前方的採煤預留口開挖，同時水壓控制系統按照預先計算得到的水壓力繼續進 水，開啟數據採集系統記錄試驗數據，直到底板發生突水，停止開挖，試驗結束。本發明的礦井突水規律的地質力學試驗平臺，系統結構簡單，可以有效地模擬礦井 突水規律，並且與其他試驗臺相比，本試驗臺有可以觀測工作面突水水量、觀測構造的 視電阻率物徵以及突水過程中的視電阻率特徵和獲得多參數等技術特點。
該平臺能夠實施監測突水過程中應力場、應變場和滲流場的變化情況；可以實時監 測工作面推進過程中應力場、應變場和滲流場的變化規律。將應力傳感器、電極和孔隙 水壓力傳感器安裝在鋪設好的試驗平臺中，進行煤層開挖，在開挖過程中監測應力、視 電阻率、水量和孔隙水壓力變化，開挖直至突水發生結束，根據試驗數據就可以測量採 動過程中應力場、應變場和滲流場的變化規律，從而得出礦井突水規律。得知礦井突水 規律，可以有效地實現礦井水害防治，保證礦井安全開採。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替 換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1、一種礦井突水規律地質力學試驗平臺，包括用於放置實驗材料的箱體，其特徵在於，所述箱體的底部設有多個進水口，所述進水口與水壓控制系統連接；所述箱體的前壁設有開挖預窗口；所述箱體的側壁設有數據採集系統。
2、 根據權利要求l所述的礦井突水規律地質力學試驗平臺，其特徵在於，所述的數 據採集系統包括以下至少一個裝置應力採集裝置、視電阻率採集裝置和孔隙水壓力採集裝置。
3、 根據權利要求2所述的礦井突水規律地質力學試驗平臺，其特徵在於，所述箱體 的側壁設有進線孔，所述數據採集系統的傳感器或檢測電極通過所述進線孔設置於所述 箱體內。
4、 根據權利要求l所述的礦井突水規律地質力學試驗平臺，其特徵在於，包括底 座，所述箱體設於所述底座上，所述底座上設有反力架，所述反力架的頂梁上設有千斤 頂，所述千斤頂能夠對所述箱體內的實驗材料加壓。
5、 根據權利要求1至4任一項所述的礦井突水規律地質力學試驗平臺，其特徵在於， 該平臺能夠模擬以下至少一種礦井狀況，並獲取該狀況的實驗數據礦井底板、頂板和地質構造突水； 模擬承壓水的滲流和衝刷作用； 按照相似比模擬承壓水的水壓和流量；通過獲取試驗過程中視電阻率的變化，獲知煤層底板的破壞情況； 通過獲取試驗過程中孔隙水壓力的變化，獲知滲流場的變化情況。
6、 根據權利要求5所述的的礦井突水規律地質力學試驗平臺，其特徵在於，所述的 實驗材料為經過配比試驗的相似材料。
全文摘要
本發明公開了一種礦井突水規律地質力學試驗平臺，包括底座、箱體、反力架、加壓千斤頂、水壓控制系統、數據採集系統等。當模擬礦井突水時，箱體內按照計算好的相似比鋪設試驗材料，在煤層底板分層鋪設電極、應力傳感器和孔隙水壓力傳感器，將數據線通過側面預留口引出。通過箱體底板進水口向鋪設的試驗材料充水，當含水層中的水達到飽和時，打開箱體提前方的採煤預留口開挖，同時水壓控制系統按照預先計算得到的水壓力繼續進水，開啟數據採集系統記錄試驗數據，直到底板發生突水，停止開挖，試驗結束。系統結構簡單，可以有效地模擬礦井突水規律，解決了目前室內試驗無法模擬承壓水滲流和衝刷作用的問題。
文檔編號G01N3/12GK101576458SQ20091008685
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月8日 優先權日2009年6月8日
發明者徐高明, 李振華, 李見波, 楊勝利, 王家臣, 許延春 申請人:中國礦業大學(北京)