模擬巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響的試驗輔助裝置及試驗方法與流程
2023-05-26 21:32:41 1
本發明涉及煤巷圍巖模擬試驗技術領域，特別是涉及一種模擬巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響的試驗輔助裝置。
背景技術：
煤是一種由母巖顆粒和膠結物相互作用形成的沉積巖，在長期地質的作用下，煤的原生裂隙較發育。煤巷是為採煤而開掘的巷道，當煤層上部巖層含有水時，巖層水可能會沿著煤原生裂紋及煤巷開掘形成的新裂隙滲出，在煤巷形成淋水。水對膠結物軟化、泥化、溶解、水化、水解和溶蝕等物理化學作用，降低了煤內母巖的膠結強度；水對煤內結構面潤滑作用，促進了巖體內裂隙的發育擴展，從而大大降低了煤的強度，影響煤巷道的穩定性。目前對巖層水巷道圍巖強度、破壞特徵影響的研究都是在現場採集煤巷圍巖試塊，然後在實驗室加工成標準試樣，其次將煤巷圍巖試樣進行浸水試驗，最後在試驗壓力機進行壓縮試驗以研究巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響。然而在實際工程中，巖層水具有一定的水壓、水量不一且具有一定流動性，因此目前對巖層水巷道圍巖強度、破壞特徵影響的研究不能從本質上反應巖層水對巖層水對巷道圍巖強度、破壞特徵影響。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種模擬巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響的試驗輔助裝置及試樣方法，可以更準確地模擬不同水壓、不同水量的流動巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響。
本發明提供一種模擬巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響的試驗輔助裝置，包括模擬器、儲水桶、進水管路、進水開關、恆壓供水泵、出水管路、抽水泵、出水開關、水位傳感器和控制器，模擬器包括頂端開口的模擬室和可拆卸地覆蓋在模擬室內上部的中空板，模擬室的底部開設有總出水孔，中空板的外層板開設有總進水孔，中空板的內層板均勻開設有多個分進水孔，總進水孔與多個分進水孔連通，儲水桶經進水管路連接總進水孔，進水管路上依次設置進水開關和恆壓供水泵，總出水孔經出水管路連接儲水桶，出水管路上依次設置抽水泵和出水開關，儲水桶內設置水位傳感器，控制器分別信號連接水位傳感器、進水開關和恆壓供水泵。
進一步的，模擬室由前矩形板、後矩形板、左矩形板、後矩形板和下矩形板連接而成，中空板中的外層板和內層板均為矩形板。
進一步的，下矩形板的底部連接有底座。
進一步的，前矩形板、後矩形板、左矩形板、後矩形板、下矩形板、外層板和內層板均由鋼材製成，前矩形板、後矩形板、左矩形板、後矩形板和下矩形板採用焊接工藝連接形成模擬室，外層板和內層板採用焊接工藝連接形成中空板。
進一步的，所述控制器為單片機。
本發明還提供一種模擬巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響的試驗方法，應用權上述的模擬巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響的試驗輔助裝置，包括以下步驟：
步驟一、現場採集煤樣，將煤樣加工成與模擬室匹配的形狀，在煤樣中鑽出巷道；
步驟二、將帶有巷道的煤樣放置於模擬室內，模擬室的上部蓋上中空板，使中空板接觸煤樣的上部，中空板的四周與模擬室之間採用密封材料密封；
步驟三、根據現場巖層的水壓和水量，控制器控制恆壓供水泵的壓力輸出，控制器通過水位傳感器和進水開關控制水量輸出，儲水桶內的水依次經進水管路、總進水孔和分進水孔流至模擬室內的煤樣實現模擬；
步驟四、模擬完成後關閉進水開關，打開出水開關，啟動抽水泵，模擬室內的水依次經總出水孔、出水管路和抽水泵回流至儲水桶；
步驟五、從模擬室上拆卸中空板，取出煤樣，將煤樣進行壓縮試驗以研究巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響。
與現有技術相比，本發明的模擬巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響的試驗輔助裝置具有以下特點和優點：
1、本發明的模擬巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響的試驗輔助裝置，結構簡單，成本較低，拆裝方便；
2、本發明的模擬巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響的試驗輔助裝置，可模擬流動的巖層水，可改變巖層水的水壓和水量，更準確地模擬不同水壓、不同水量的流動巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響；
3、本發明的模擬巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響的試驗方法，可以更準確地模擬不同水壓、不同水量的流動巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響，試驗數據更準確。
結合附圖閱讀本發明的具體實施方式後，本發明的特點和優點將變得更加清楚。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例模擬巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響的試驗輔助裝置的結構示意圖；
圖2為本發明實施例模擬巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響的試驗輔助裝置中的中空板的主視圖；
圖3為本發明實施例模擬巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響的試驗輔助裝置中的中空板的仰視圖；
圖4為本發明實施例模擬巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響的試驗輔助裝置中底座結構示意圖；
圖5為本發明實施例模擬巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響的試驗方法中的帶有巷道的煤樣；
其中，1、儲水桶，2、控制器，3、進水開關，4、恆壓供水泵，5、進水管路，6、總進水孔，7、中空板，8、模擬室，9、底座，10、下矩形板，11、總出水孔，12、出水管路，13、抽水泵，14、水位傳感器，15、出水開關，16、分進水孔，17、煤樣，18、巷道。
具體實施方式
如圖1至圖4所示，本實施例提供一種模擬巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響的試驗輔助裝置，包括模擬器、儲水桶1、進水管路5、進水開關3、恆壓供水泵4、出水管路12、抽水泵13、出水開關15、水位傳感器14和控制器2等部件。本實施例中的控制器2採用單片機，控制器2設置於儲水桶1的外壁。模擬器包括頂端開口的模擬室8和可拆卸地覆蓋在模擬室8上部的中空板7，中空板7可在模擬室8內的垂直方向移動。前矩形板、後矩形板、左矩形板、後矩形板、下矩形板10均由鋼材製成，模擬室8由前矩形板、後矩形板、左矩形板、後矩形板和下矩形板10採用焊接工藝連接而成，下矩形板10的底部連接有底座9。中空板7中的外層板和內層板均為矩形板，外層板和內層板均由鋼材製成，外層板和內層板採用焊接工藝連接形成中空板7。模擬室8的底部的下矩形板10開設有總出水孔11，中空板7的外層板開設有總進水孔6，中空板7的內層板均勻開設有多個分進水孔16，總進水孔6與多個分進水孔16連通，以使水從總進水孔6均勻地流至多個分進水孔16，更準確地模擬流動的巖層水。儲水桶1經進水管路5連接總進水孔6，進水管路5上依次設置進水開關3和恆壓供水泵4，總出水孔11經出水管路12連接儲水桶1，出水管路12上依次設置抽水泵13和出水開關15，儲水桶1內設置水位傳感器14，控制器2分別信號連接水位傳感器14、進水開關3和恆壓供水泵4。本實施例中的模擬巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響的試驗輔助裝置，結構簡單，成本較低，拆裝方便，可模擬流動的巖層水，可模擬改變巖層水的水壓和水量，更準確地模擬不同水壓、不同水量的流動巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響。
本實施例還提供一種模擬巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響的試驗方法，應用上述的模擬巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響的試驗輔助裝置，包括以下步驟：
步驟一、如圖5所示，現場採集煤樣17，將煤樣17加工成與模擬室匹配的形狀，在煤樣17中鑽出巷道18；
步驟二、將帶有巷道18的煤樣17放置於模擬室8內，模擬室8的上部蓋上中空板7，中空板7尺寸略小於模擬室8，使中空板7接觸煤樣17的上部，中空板7的四周與模擬室8之間採用密封材料密封；
步驟三、根據現場巖層的水壓和水量，控制器2控制恆壓供水泵4的壓力輸出，控制器2通過水位傳感器14和進水開關3控制水量輸出，儲水桶1內的水依次經進水管路5、總進水孔6和分進水孔16流至模擬室8內的煤樣17實現模擬；
步驟四、模擬完成後關閉進水開關3，打開出水開關15，啟動抽水泵13，模擬室8內的水依次經總出水孔11、出水管路12和抽水泵13回流至儲水桶1，實現水的循環利用；
步驟五、從模擬室8上拆卸中空板，取出煤樣，將煤樣進行壓縮試驗以研究巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響。
本實施例中的模擬巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響的試驗方法，可以更準確地模擬不同水壓、不同水量的流動巖層水對煤巷圍巖強度、破壞特徵影響，試驗數據更準確。
當然，上述說明並非是對本發明的限制，本發明也並不僅限於上述舉例，本技術領域的技術人員在本發明的實質範圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬於本發明的保護範圍。