本發(fā)明涉及煤礦開采，具體而言，涉及一種煤礦開采物理相似模擬實驗裝置及實驗方法。

背景技術(shù)：

1、目前，為了研究煤礦開挖后上層巖體的應(yīng)變情況，尤其是固液耦合的情況，即上層巖體產(chǎn)生在水流沖刷下產(chǎn)生應(yīng)變的情況，通常會使用相似模擬實驗的方式進行。

2、在相似模擬實驗中，尤其是在采礦工程領(lǐng)域?qū)λ髋c巖體的穩(wěn)定性進行模擬時，能否有效控制水位、水量及水壓是整個實驗成功與否的關(guān)鍵所在?，F(xiàn)有技術(shù)中，通常會從模型頂部或某一特定分層直接注水，令其自由流動與滲入，但這種方法無法有效控制水位、水量，也無法對模型內(nèi)部的水進行加壓，實驗局限性較大；或者在模型內(nèi)部放置水袋，然后通過外接管向水袋內(nèi)注水，但這種方法無法準確掌握模型內(nèi)部水的流動狀態(tài)，也不能精確控制水位、水壓等特征參數(shù)，實驗效果與精度較差。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種煤礦開采物理相似模擬實驗裝置及實驗方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的實驗裝置實驗效果較差的問題。

2、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種煤礦開采物理相似模擬實驗裝置，煤礦開采物理相似模擬實驗裝置包括：箱體；地層模擬體，設(shè)置在箱體內(nèi)，地層模擬體具有沿高度方向依次分布的煤層模擬體、滲水層模擬體和巖層模擬體，煤層模擬體位于箱體的底部，巖層模擬體內(nèi)設(shè)置有應(yīng)變感應(yīng)裝置；注水管，設(shè)置有多個，注水管沿高度方向延伸，注水管的側(cè)壁上設(shè)置有連通管，連通管的一端與注水管連通，連通管的另一端貫穿箱體的側(cè)壁，且延伸至滲水層模擬體內(nèi)，多個注水管的連通管能夠通過滲水層模擬體相互連通，注水管具有沿高度方向相對設(shè)置的進水口與排水口，進水口位于排水口的上方，且排水口位于連通管的下方，進水口處設(shè)置有第一封堵件，第一封堵件能夠打開或封堵進水口，排水口處設(shè)置有第二封堵件，第二封堵件能夠打開或封堵排水口。

3、進一步地，注水管的側(cè)壁上設(shè)置有多個連通口，多個連通口沿高度方向間隔設(shè)置，連通口用于連接連通管。

4、進一步地，沿垂直于注水管延伸方向，注水管的截面形狀為圓形或矩形。

5、進一步地，注水管具有相對設(shè)置的上端口與下端口，上端口為進水口，注水管的側(cè)壁上設(shè)置有與注水管連通的排水管，排水管遠離注水管的一端為排水口，下端口處設(shè)置有第三封堵件，第三封堵件能夠封堵或打開下端口。

6、進一步地，箱體沿長度方向具有相對設(shè)置的兩側(cè)，每側(cè)均設(shè)置有多個注水管，設(shè)置在同一側(cè)的多個注水管沿高度方向依次設(shè)置，相鄰的兩個注水管的上端口與下端口連通。

7、進一步地，煤層模擬體與滲水層模擬體之間設(shè)置有防水膜。

8、進一步地，煤層模擬體中具有凝膠，以降低煤層模擬體的吸水性。

9、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種煤礦涌水三維物理相似模擬的實驗方法，實驗方法使用上述的煤礦開采物理相似模擬實驗裝置進行，箱體沿長度方向具有相對設(shè)置的第一側(cè)邊和第二側(cè)邊，第一側(cè)邊和第二側(cè)邊均連通有注水管，實驗方法包括：

10、步驟一：在箱體內(nèi)沿高度方向鋪設(shè)煤層模擬體、滲水層模擬體和巖層模擬體，將連通管埋入滲水層模擬體，在巖層模擬體內(nèi)設(shè)置應(yīng)變感應(yīng)裝置；

11、步驟二：挖掘煤層模擬體：

12、步驟三：通過注水管向箱體內(nèi)注水至注水管內(nèi)的液位達到預(yù)定的位置；

13、步驟四：繼續(xù)向注水管內(nèi)注水，通過應(yīng)變感應(yīng)裝置收集巖層模擬體的應(yīng)變參數(shù)。

14、進一步地，步驟四具體包括：打開第一側(cè)邊和第二側(cè)邊所連通的注水管的注水口以及第二側(cè)邊所連通的注水管的排水口，封堵第一側(cè)邊所連通的注水管的排水口，通過第一側(cè)邊連通的注水管的注水口注水。

15、進一步地，步驟四具體包括：打開第一側(cè)邊所連通的注水管的注水口和第二側(cè)邊所連通的注水管的排水口，封堵第二側(cè)邊所連通的注水管的注水口和第一側(cè)邊所連通的注水管的排水口，通過第一側(cè)邊連通的注水管的注水口注水。

16、應(yīng)用本申請?zhí)峁┑募夹g(shù)方案，通過設(shè)置多個注水管，使注水管的連通管延伸至滲水層模擬體內(nèi)，當進行煤層模擬體的模擬挖掘后，通過注水管和連通管即可向滲水層模擬體內(nèi)注水，以模擬滲水層模擬體發(fā)生滲水，巖層模擬體發(fā)生巖體變形等后，即可通過應(yīng)變感應(yīng)裝置判斷并記錄巖層模擬體的力學性能變化，以完成巖層穩(wěn)定性的模擬。在注水管注水的過程中，可以通過進水口向注水管內(nèi)注水，水流在經(jīng)過滲水層模擬體的流動后可以通過其他連通管流向其他注水管內(nèi)，注水管的進水口處設(shè)置有第一封堵件與排水口處設(shè)置有第二封堵件，通過第一封堵件和第二封堵件可以控制注水管的進水與排水，如此即可控制注水管的進水量與排水量，以控制模型內(nèi)部水流動態(tài)流動的狀態(tài)和流量，并且可以關(guān)閉注水管的排水口，并繼續(xù)向模型內(nèi)部注水，以控制模型內(nèi)部水流的水位與水壓，提高實驗裝置的實驗效果。

技術(shù)特征：

1.一種煤礦開采物理相似模擬實驗裝置，其特征在于，所述煤礦開采物理相似模擬實驗裝置包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦開采物理相似模擬實驗裝置，其特征在于，所述注水管(30)的側(cè)壁上設(shè)置有多個連通口，多個所述連通口沿高度方向間隔設(shè)置，所述連通口用于連接所述連通管(31)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦開采物理相似模擬實驗裝置，其特征在于，沿垂直于所述注水管(30)延伸方向，所述注水管(30)的截面形狀為圓形或矩形。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦開采物理相似模擬實驗裝置，其特征在于，所述注水管(30)具有相對設(shè)置的上端口(301)與下端口(302)，所述上端口(301)為所述進水口，所述注水管(30)的側(cè)壁上設(shè)置有與所述注水管(30)連通的排水管(32)，所述排水管(32)遠離所述注水管(30)的一端為排水口，所述下端口(302)處設(shè)置有第三封堵件，所述第三封堵件能夠封堵或打開所述下端口(302)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤礦開采物理相似模擬實驗裝置，其特征在于，所述箱體(10)沿長度方向具有相對設(shè)置的兩側(cè)，每側(cè)均設(shè)置有多個注水管(30)，設(shè)置在同一側(cè)的多個所述注水管(30)沿高度方向依次設(shè)置，相鄰的兩個所述注水管(30)的上端口(301)與下端口(302)連通。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦開采物理相似模擬實驗裝置，其特征在于，所述煤層模擬體(21)與所述滲水層模擬體(22)之間設(shè)置有防水膜。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦開采物理相似模擬實驗裝置，其特征在于，所述煤層模擬體(21)中具有凝膠，以降低所述煤層模擬體(21)的吸水性。

8.一種煤礦涌水三維物理相似模擬的實驗方法，其特征在于，所述實驗方法使用權(quán)利要求1至7中任一項所述的煤礦開采物理相似模擬實驗裝置進行，所述箱體(10)沿長度方向具有相對設(shè)置的第一側(cè)邊和第二側(cè)邊，所述第一側(cè)邊和所述第二側(cè)邊均連通有注水管(30)，所述實驗方法包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的實驗方法，其特征在于，所述步驟四具體包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的實驗方法，其特征在于，所述步驟四具體包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種煤礦開采物理相似模擬實驗裝置及實驗方法，實驗裝置包括：箱體；地層模擬體，設(shè)置在箱體內(nèi)，地層模擬體具有沿高度方向依次分布的煤層模擬體、滲水層模擬體和巖層模擬體；注水管，設(shè)置有多個，注水管的側(cè)壁上設(shè)置有連通管，連通管的一端與注水管連通，連通管的另一端貫穿箱體的側(cè)壁，且延伸至滲水層模擬體內(nèi)，多個注水管的連通管能夠通過滲水層模擬體相互連通，注水管具有沿高度方向相對設(shè)置的進水口與排水口，進水口處設(shè)置有第一封堵件，第一封堵件能夠打開或封堵進水口，排水口處設(shè)置有第二封堵件，第二封堵件能夠打開或封堵排水口。應(yīng)用本申請的技術(shù)方案，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中的實驗裝置實驗效果較差的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：趙興華,鄒昕,范東林,陳蘇社,武洋,樊星,王巍
受保護的技術(shù)使用者：國能神東煤炭集團有限責任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10