一种煤矿开采地面潜水位变化精准模拟的物理试验装置制造方法及图纸

本技术公开了一种煤矿开采地面潜水位变化精准模拟的物理试验装置，属于煤矿开采工艺技术领域。包括由设置在固定边界上的底板，设置在两侧的侧板和设置在前后的亚克力板形成的箱体结构，箱体结构内设有地层模型，地层模型的顶部设有加载装置，包括加压气缸和活塞杆，地层模型中利用PVC管模拟注浆钻孔，根据试验要求设置钻孔的深度，并在地层模型中设置用于模拟潜水层的水袋，地层模型的模拟顶板岩层中设有应力传感器，用于监测顶板岩层中的压力。其结构简单，可视化程度高，可一次性完成多种可视化模拟试验过程。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及煤矿开采工艺，尤其适用于一种煤矿开采地面潜水位变化精准模拟的物理试验装置。

技术介绍

1、煤矿开采极易疏干煤系含水层，导致含水层水位下降，破坏区域水文地质条件，地下水系特别是第四系浅层潜水具有重要的保护价值。保水开采技术的研究、发展与应用对缓解水资源与煤炭开采之间的矛盾，实现我国矿区生态环境可持续发展具有重要意义。

2、公开号为cn105675846a的现有技术公开了一种潜水位和承压水头协同升降的基坑开挖模型试验装置。包括模型箱、水箱、对称面挡土单元、基坑支护结构、承压架空层、承压水头调节系统和量测系统；模型箱包括模型箱框架、反力板等；水箱设置在模型箱内的右上方；对称面挡土单元通过螺栓固定在模型箱框架上；承压架空层设置在模型箱底部，与承压水头调节系统连接；承压水头调节系统由水压计、马里奥特瓶和支架组成；其只能模拟潜水位和承压水头升降引起的基坑问题，且地层结构模拟粗糙，无法实现潜水层变动与注浆后对地层影响的模拟。

3、目前，关于煤矿开采岩层移动的室内物理模拟设备已有很多，但关于煤矿开采地面潜水位变化的精准模拟设备则较少。为了研究浅埋煤层地面钻井矸石流态化充填保水开采的潜水位变化规律，需要设计出一种新型物理相似模拟设备。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本技术公开了一种结构简单，使用观测方便的煤矿开采地面潜水位变化精准模拟的物理试验装置。

2、为实现上述目的，本技术采用下述技术方案：一种煤矿开采地面潜水位变化精准模拟的物理试验装置，包括箱体结构的模型铺设系统，模型铺设系统包括作为箱体底板的固定边界，固定边界上方设有底板，底板上左右两侧平行设有两个侧板，底板的前后面设有匹配的透明亚克力板从而形成矩形箱体，矩形箱体内设有地层模型，地层模型顶部设有与矩形箱体匹配的加载装置，加载装置包括设置在模拟地层顶部的顶板，顶板上通过活塞杆设有加压气缸；

3、地层模型包括设置在地表土下方的隔水关键层和顶板岩层，其中隔水关键层顶部设有水袋，水袋下方设有多个出水孔，顶板岩层内间隔设有多个用于监测顶板岩层中压力的应力传感器，顶板岩层下方设有底板岩层；

4、利用pvc管模拟从地层模型顶部向内部垂直设置用以模拟注浆过程的注浆钻孔a和注浆钻孔b，其中注浆钻孔a预先铺设至隔水关键层下方，注浆钻孔b预先铺设至顶板岩层上一层岩层中；模拟注浆钻孔a和注浆钻孔b的pvc管连接有注浆泵。

5、进一步，水袋侧连接有水压力表。

6、进一步，水袋为pvc材质，水袋的中间设有用以使注浆钻孔a和注浆钻孔b通过的正方形贯穿孔。

7、进一步，两块侧板前、后边缘上均开设有对称的螺孔，透明亚克力板通过螺钉将其与侧板的螺孔固定连接，且透明亚克力板的最下端位于开采煤层的上端，透明亚克力板的最上端位于整个地层模型的最上端。

8、本技术的有益效果是，本装置设计新颖、操作便捷，可视化程度高，一次性完成以下多种可视化模拟试验：

9、(1)可实现煤层开挖全过程的可视化模拟；

10、(2)可实现不同深度条件下初始地应力的模拟试验；

11、(3)可实现矸石流态化充填开采全过程的可视化模拟；

12、(4)可实现不同潜水层水压条件下潜水位变化的可视化模拟。

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【技术保护点】

1.一种煤矿开采地面潜水位变化精准模拟的物理试验装置，其特征在于：包括箱体结构的模型铺设系统，模型铺设系统包括作为箱体底板的固定边界(1)，固定边界(1)上方设有底板(2)，底板(2)上左右两侧平行设有两个侧板(3)，底板(2)的前后面设有匹配的透明亚克力板(18)从而形成矩形箱体，矩形箱体内设有地层模型，地层模型顶部设有与矩形箱体匹配的加载装置，加载装置包括设置在模拟地层顶部的顶板(9)，顶板(9)上通过活塞杆(6)设有加压气缸(5)；

2.根据权利要求1所述的煤矿开采地面潜水位变化精准模拟的物理试验装置，其特征在于：水袋(10)侧连接有水压力表(11)。

3.根据权利要求1所述的煤矿开采地面潜水位变化精准模拟的物理试验装置，其特征在于：水袋(10)为PVC材质，水袋(10)的中间设有用以使注浆钻孔A(7)和注浆钻孔B(8)通过的正方形贯穿孔。

4.根据权利要求1所述的煤矿开采地面潜水位变化精准模拟的物理试验装置，其特征在于：两个侧板(3)前、后边缘上均开设有对称的螺孔，透明亚克力板(18)通过螺钉(4)将其与侧板(3)的螺孔固定连接，且透明亚克力板(18)的最下端位于开采煤层(15)的上端，透明亚克力板(18)的最上端位于整个地层模型的最上端。

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【技术特征摘要】

1.一种煤矿开采地面潜水位变化精准模拟的物理试验装置，其特征在于：包括箱体结构的模型铺设系统，模型铺设系统包括作为箱体底板的固定边界(1)，固定边界(1)上方设有底板(2)，底板(2)上左右两侧平行设有两个侧板(3)，底板(2)的前后面设有匹配的透明亚克力板(18)从而形成矩形箱体，矩形箱体内设有地层模型，地层模型顶部设有与矩形箱体匹配的加载装置，加载装置包括设置在模拟地层顶部的顶板(9)，顶板(9)上通过活塞杆(6)设有加压气缸(5)；

2.根据权利要求1所述的煤矿开采地面潜水位变化精准模拟的物理试验装置，其特征在于：水袋(10)...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏鹤鸣，董永胜，刘润，孙强，马丹，张加齐，杨峰，
申请(专利权)人：中国神华能源股份有限公司，
类型：新型
国别省市：