本發(fā)明涉及地?zé)崮荛_采，尤其涉及一種模擬地?zé)岘h(huán)境下裂隙巖體滲流侵蝕的裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、我國(guó)作為一個(gè)能源消費(fèi)大國(guó)，發(fā)展清潔高效的新能源更為迫切。地?zé)崮茏鳛橐环N成本低，清潔，可再生的能源，對(duì)于我國(guó)的能源轉(zhuǎn)型有一定的推動(dòng)作用。如今對(duì)于廢棄/關(guān)閉礦井的地?zé)崮苜Y源開發(fā)利用比較廣泛，且多采用熱泵系統(tǒng)，在夏季抽取礦井水取冷，在冬季抽取礦井水取熱。抽采或回灌過程中，會(huì)致使廢棄礦井采空區(qū)的弱膠結(jié)巖層產(chǎn)生大量裂隙網(wǎng)絡(luò)，一定溫度環(huán)境下，水流不斷侵蝕裂隙通道，使裂隙不斷增加，產(chǎn)生突水災(zāi)害，對(duì)廢棄礦井圍巖的穩(wěn)定有極大的影響。因此，研究廢棄礦井采空區(qū)由于滲流侵蝕誘發(fā)的圍巖失穩(wěn)機(jī)制非常重要，不僅能夠保證廢棄礦井的穩(wěn)定安全，并對(duì)于提高淺層地?zé)崮荛_采效率也有一定的促進(jìn)意義。

2、為此，亟需提供一種模擬地?zé)岘h(huán)境下裂隙巖體滲流侵蝕的裝置，以模擬廢棄礦井地?zé)衢_采過程中單裂隙巖石的滲流侵蝕情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種模擬地?zé)岘h(huán)境下裂隙巖體滲流侵蝕的裝置及方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種模擬地?zé)岘h(huán)境下裂隙巖體滲流侵蝕的裝置，包括：

3、滲流侵蝕測(cè)試模塊，所述滲流侵蝕測(cè)試模塊用于模擬滲流侵蝕過程中的裂隙形貌演化，并獲取滲流侵蝕過程信息；

4、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊，所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊用于對(duì)所述滲流侵蝕測(cè)試模塊供給不同壓力的用于滲流侵蝕的流體；

5、溫度保持模塊，所述溫度保持模塊設(shè)置于所述滲流侵蝕測(cè)試模塊的外圍，所述溫度保持模塊用于對(duì)所述滲流侵蝕測(cè)試模塊進(jìn)行加熱和保溫；

6、信息采集與分析模塊，所述信息采集與分析模塊用于獲取所述滲流侵蝕測(cè)試模塊中裂隙試樣的侵蝕質(zhì)量，并計(jì)算侵蝕率。

7、優(yōu)選的，所述滲流侵蝕測(cè)試模塊包括裝有裂隙試樣的滲流侵蝕裝置和用于獲取滲流侵蝕過程信息的高速攝像機(jī)，所述滲流侵蝕裝置朝向所述高速攝像機(jī)一側(cè)的壁板為透明結(jié)構(gòu)；所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊通過管路與所述滲流侵蝕裝置的入水口連通，所述信息采集與分析模塊通過管路與所述滲流侵蝕裝置的出水口連通，所述溫度保持模塊的內(nèi)壁與所述滲流侵蝕裝置貼合。

8、優(yōu)選的，所述滲流侵蝕裝置為中空的矩形柱狀結(jié)構(gòu)，所述滲流侵蝕裝置包括一塊后限位板和一塊前限位板，所述后限位板和所述前限位板之間設(shè)置有兩塊側(cè)向限位板、一塊頂部限位透水板和一塊底部限位透水板，兩塊所述側(cè)向限位板、所述頂部限位透水板及所述底部限位透水板的兩端分別與所述后限位板和所述前限位板可拆卸連接；兩塊所述側(cè)向限位板之間設(shè)置有兩塊墊塊，兩塊所述墊塊通過螺栓分別固定在兩塊所述側(cè)向限位板上，所述裂隙試樣固定連接在所述墊塊相對(duì)的一側(cè)，兩塊所述墊塊上的所述裂隙試樣之間形成自制裂隙；所述滲流侵蝕裝置的入水口設(shè)置于所述頂部限位透水板上，所述滲流侵蝕裝置的出水口設(shè)置于底部限位透水板上，且入水口和出水口均與所述自制裂隙對(duì)應(yīng)設(shè)置；所述前限位板的中部開設(shè)有觀察口，所述觀察口與所述裂隙試樣對(duì)應(yīng)設(shè)置，且所述觀察口與所述高速攝像機(jī)對(duì)應(yīng)設(shè)置；所述前限位板與所述裂隙試樣之間設(shè)置有亞克力透視板，所述亞克力透視板的左右兩端分別與兩塊所述側(cè)向限位板接觸配合，所述亞克力透視板的上下兩端分別與所述頂部限位透水板、所述底部限位透水板接觸配合。

9、優(yōu)選的，所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊包括：

10、空氣壓縮機(jī)，所述空氣壓縮機(jī)上安裝有用于檢測(cè)所述空氣壓縮機(jī)內(nèi)部壓力的壓力表一；

11、密封水箱一，所述空氣壓縮機(jī)的出氣口與所述密封水箱一頂端的進(jìn)氣口連通，所述密封水箱一的頂端安裝有用于檢測(cè)所述密封水箱一內(nèi)部壓力的壓力表二，所述密封水箱一的出水口與所述滲流侵蝕裝置的進(jìn)水口連通；所述密封水箱一的進(jìn)氣口和出水口均安裝有閥門，所述密封水箱一與所述滲流侵蝕裝置之間的管路上安裝有流量表。

12、優(yōu)選的，所述溫度保持模塊包括罩設(shè)在所述滲流侵蝕裝置外圍的環(huán)向保溫倉(cāng)，所述環(huán)向保溫倉(cāng)的內(nèi)壁與所述滲流侵蝕裝置的外壁貼合，所述環(huán)向保溫倉(cāng)的材質(zhì)為耐高溫玻璃，所述環(huán)向保溫倉(cāng)的頂部開設(shè)有用于放置溫控加熱棒的槽孔，所述環(huán)向保溫倉(cāng)的內(nèi)部填充有導(dǎo)熱介質(zhì)。

13、優(yōu)選的，所述信息采集與分析模塊包括：

14、密封水箱二，所述密封水箱二內(nèi)設(shè)置有過濾器，所述滲流侵蝕裝置的出水口通過管路與所述密封水箱二的進(jìn)水口連通，所述密封水箱二的進(jìn)水口和出水口分別設(shè)置于所述過濾器的兩側(cè)；

15、盛水箱，所述盛水箱位于所述密封水箱的下方，所述密封水箱二的出水口通過管路與所述盛水箱連通；

16、稱重臺(tái)一，所述密封水箱二設(shè)置于所述稱重臺(tái)一的頂端；

17、稱重臺(tái)二，所述盛水箱設(shè)置于所述稱重臺(tái)二的頂端；

18、電腦終端，所述稱重臺(tái)一和所述稱重臺(tái)二均與所述電腦終端電性連接。

19、優(yōu)選的，所述信息采集與分析模塊還包括：

20、支撐架，所述支撐架的底部安裝有滑輪，所述支撐架為層結(jié)構(gòu)，所述滲流侵蝕裝置設(shè)置于所述支撐架的最頂層，所述密封水箱二和所述稱重臺(tái)一設(shè)置于所述支撐架的次頂層，所述盛水箱和所述稱重臺(tái)二設(shè)置于所述支撐架的最底層。

21、本發(fā)明利用模擬地?zé)岘h(huán)境下裂隙巖體滲流侵蝕的裝置進(jìn)行的試驗(yàn)方法，具體包括以下步驟：

22、s1、對(duì)模擬地?zé)岘h(huán)境下裂隙巖體滲流侵蝕的裝置進(jìn)行組裝，并在滲流侵蝕裝置內(nèi)放置裂隙試樣；

23、s2、接通空氣壓縮機(jī)的電源，由壓力表一觀測(cè)空氣壓縮機(jī)的內(nèi)部壓力，當(dāng)空氣壓縮機(jī)的內(nèi)部壓力達(dá)到預(yù)設(shè)的壓力大小后，打開密封水箱一的入口開關(guān)；

24、s3、由壓力表二觀測(cè)密封水箱一的內(nèi)部壓力，當(dāng)密封水箱一的內(nèi)部壓力達(dá)到預(yù)設(shè)水壓大小后，打開密封水箱一的出口開關(guān)；

25、s4、利用溫控加熱棒將環(huán)向保溫倉(cāng)加熱到需要的溫度，持續(xù)加熱使其保溫在當(dāng)前溫度上；

26、s5、打開滲流侵蝕裝置的進(jìn)水口和出水口開關(guān)，進(jìn)行滲流侵蝕試驗(yàn)，同時(shí)打開高速攝像機(jī)記錄侵蝕形貌，記錄兩個(gè)稱重臺(tái)的稱量數(shù)據(jù)，并根據(jù)稱量數(shù)據(jù)計(jì)算侵蝕質(zhì)量，得到裂隙試樣的侵蝕率。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果：

28、本發(fā)明提供的模擬地?zé)岘h(huán)境下裂隙巖體滲流侵蝕的裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)廢棄礦井地?zé)衢_采過程中單裂隙巖石的滲流侵蝕情況，具有操作簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，可視化的特點(diǎn)。本發(fā)明包含了動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、滲流侵蝕測(cè)試、溫度保持，信息采集與分析等多模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)一定溫度場(chǎng)下的巖石滲流試驗(yàn)，適用于淺層地?zé)崮荛_采情況，同時(shí)能夠清晰直觀的看到滲流侵蝕的過程，從而捕捉到滲流侵蝕的過程信息。

29、本發(fā)明能夠得到不同水力壓力的裂隙侵蝕形貌圖形，不同溫度下的裂隙侵蝕形貌圖形，滲流侵蝕穩(wěn)定，且操作簡(jiǎn)單，易于上手。

技術(shù)特征：

1.一種模擬地?zé)岘h(huán)境下裂隙巖體滲流侵蝕的裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬地?zé)岘h(huán)境下裂隙巖體滲流侵蝕的裝置，其特征在于，所述滲流侵蝕測(cè)試模塊包括裝有裂隙試樣(3)的滲流侵蝕裝置(1)和用于獲取滲流侵蝕過程信息的高速攝像機(jī)(2)，所述滲流侵蝕裝置(1)朝向所述高速攝像機(jī)(2)一側(cè)的壁板為透明結(jié)構(gòu)；所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊通過管路與所述滲流侵蝕裝置(1)的入水口連通，所述信息采集與分析模塊通過管路與所述滲流侵蝕裝置(1)的出水口連通，所述溫度保持模塊的內(nèi)壁與所述滲流侵蝕裝置(1)貼合。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬地?zé)岘h(huán)境下裂隙巖體滲流侵蝕的裝置，其特征在于，所述滲流侵蝕裝置(1)為中空的矩形柱狀結(jié)構(gòu)，所述滲流侵蝕裝置(1)包括一塊后限位板(101)和一塊前限位板(105)，所述后限位板(101)和所述前限位板(105)之間設(shè)置有兩塊側(cè)向限位板(102)、一塊頂部限位透水板(103)和一塊底部限位透水板(104)，兩塊所述側(cè)向限位板(102)、所述頂部限位透水板(103)及所述底部限位透水板(104)的兩端分別與所述后限位板(101)和所述前限位板(105)可拆卸連接；兩塊所述側(cè)向限位板(102)之間設(shè)置有兩塊墊塊(107)，兩塊所述墊塊(107)通過螺栓分別固定在兩塊所述側(cè)向限位板(102)上，所述裂隙試樣(3)固定連接在所述墊塊(107)相對(duì)的一側(cè)，兩塊所述墊塊(107)上的所述裂隙試樣(3)之間形成自制裂隙；所述滲流侵蝕裝置(1)的入水口設(shè)置于所述頂部限位透水板(103)上，所述滲流侵蝕裝置(1)的出水口設(shè)置于底部限位透水板(104)上，且入水口和出水口均與所述自制裂隙對(duì)應(yīng)設(shè)置；所述前限位板(105)的中部開設(shè)有觀察口(1051)，所述觀察口(1051)與所述裂隙試樣(3)對(duì)應(yīng)設(shè)置，且所述觀察口(1051)與所述高速攝像機(jī)(2)對(duì)應(yīng)設(shè)置；所述前限位板(105)與所述裂隙試樣(3)之間設(shè)置有亞克力透視板(106)，所述亞克力透視板(106)的左右兩端分別與兩塊所述側(cè)向限位板(102)接觸配合，所述亞克力透視板(106)的上下兩端分別與所述頂部限位透水板(103)、所述底部限位透水板(104)接觸配合。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬地?zé)岘h(huán)境下裂隙巖體滲流侵蝕的裝置，其特征在于，所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬地?zé)岘h(huán)境下裂隙巖體滲流侵蝕的裝置，其特征在于，所述溫度保持模塊包括罩設(shè)在所述滲流侵蝕裝置(1)外圍的環(huán)向保溫倉(cāng)(9)，所述環(huán)向保溫倉(cāng)(9)的內(nèi)壁與所述滲流侵蝕裝置(1)的外壁貼合，所述環(huán)向保溫倉(cāng)(9)的材質(zhì)為耐高溫玻璃，所述環(huán)向保溫倉(cāng)(9)的頂部開設(shè)有用于放置溫控加熱棒(10)的槽孔，所述環(huán)向保溫倉(cāng)(9)的內(nèi)部填充有導(dǎo)熱介質(zhì)。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬地?zé)岘h(huán)境下裂隙巖體滲流侵蝕的裝置，其特征在于，所述信息采集與分析模塊包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模擬地?zé)岘h(huán)境下裂隙巖體滲流侵蝕的裝置，其特征在于，所述信息采集與分析模塊還包括：

8.一種模擬地?zé)岘h(huán)境下裂隙巖體滲流侵蝕的方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的模擬地?zé)岘h(huán)境下裂隙巖體滲流侵蝕的裝置，具體包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及地?zé)崮荛_采技術(shù)領(lǐng)域，具體公開一種模擬地?zé)岘h(huán)境下裂隙巖體滲流侵蝕的裝置及方法，本發(fā)明提供的模擬地?zé)岘h(huán)境下裂隙巖體滲流侵蝕的裝置，包含了動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、滲流侵蝕測(cè)試、溫度保持及信息采集與分析等多個(gè)模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)廢棄礦井地?zé)衢_采過程中單裂隙巖石的滲流侵蝕情況，具有操作簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，可視化的特點(diǎn)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)一定溫度場(chǎng)下的巖石滲流試驗(yàn)，適用于淺層地?zé)崮荛_采情況，同時(shí)能夠清晰直觀的看到滲流侵蝕的過程，從而捕捉到滲流侵蝕的過程信息。本發(fā)明能夠得到不同水力壓力的裂隙侵蝕形貌圖形，不同溫度下的裂隙侵蝕形貌圖形，滲流侵蝕穩(wěn)定，且操作簡(jiǎn)單，易于上手。

技術(shù)研發(fā)人員：浦海,張少杰,郭世儒,倪宏陽,薛康生,劉德俊,易青宇,董康鍇,閆港
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17