一種承壓水下采煤的相似模擬試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種試驗(yàn)裝置，特別是涉及一種承壓水下采煤的相似模擬試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]承壓含水層廣泛存在于我國(guó)煤系地層當(dāng)中，由于該類(lèi)含水層水壓及補(bǔ)給作用的存在，給承壓含水層下采煤帶來(lái)了威脅。國(guó)內(nèi)外發(fā)生了多起承壓含水層下采煤的工作面壓架致災(zāi)事故，造成了大量人員傷亡和巨大經(jīng)濟(jì)損失。而多數(shù)工作面壓架致災(zāi)事故都有一個(gè)顯著特點(diǎn)，即開(kāi)采煤層上部的基巖較薄(薄基巖)，同時(shí)存在承壓含水層。這樣在采動(dòng)影響、礦山壓力以及承壓水的共同作用下，弄清承壓水的載荷傳遞、水巖共同作用下礦山壓力及工作面壓架致災(zāi)的機(jī)理，變得尤為重要。而目前針對(duì)上述問(wèn)題，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)許家林教授展開(kāi)了大量的理論分析和試驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)了松散承壓含水層載荷傳遞作用的實(shí)驗(yàn)裝置和松散承壓含水層采動(dòng)水位變化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置及方法(申請(qǐng)?zhí)?200720037001.9)，但是上述試驗(yàn)裝置及方法，存在以下不足:
[0003]⑴上述方法中用到了一整體的、全長(zhǎng)承壓水袋來(lái)近似模擬煤系地層中的承壓含水層，然而作為水袋這種材料本身的特殊性，它存在一定的強(qiáng)度和曲率，一旦采用全長(zhǎng)鋪設(shè)水袋(如3m長(zhǎng)的試驗(yàn)架就選用3m長(zhǎng)的水袋)，由于一般需要模擬的承壓水的水壓較大，所設(shè)計(jì)水袋必須能承受一定的水壓力，這樣水袋本身的強(qiáng)度就不能太低，其曲率自然就變小，加之水袋在上覆巖層移動(dòng)變形的兩端會(huì)被巖層壓緊，而覆巖的移動(dòng)變形區(qū)域又很大，就會(huì)造成水袋在煤層開(kāi)采后不能隨著巖層移動(dòng)而同步下沉運(yùn)動(dòng)，造成巖層與水袋的離層，承壓含水層載荷就無(wú)法向下傳遞，造成試驗(yàn)失真甚至失敗。
[0004]⑵上述實(shí)驗(yàn)方法中，也無(wú)法做到在煤層開(kāi)采過(guò)程中，對(duì)含水層中受采動(dòng)影響部分的水的流動(dòng)及補(bǔ)給規(guī)律進(jìn)行模擬及監(jiān)控，進(jìn)而也就無(wú)法做到對(duì)采煤工作面推進(jìn)距離、推進(jìn)速度等因素與承壓水內(nèi)部水流的補(bǔ)給方向的變化之間建立聯(lián)系，做出定性及定量的判斷，自然就無(wú)法得出規(guī)律性認(rèn)識(shí)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，減小水袋本身對(duì)試驗(yàn)的影響及對(duì)采動(dòng)過(guò)程中含水層內(nèi)部的水的流動(dòng)及補(bǔ)給進(jìn)行監(jiān)控，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效果好的承壓水下采煤的相似模擬試驗(yàn)裝置。
[0006]—種承壓水下采煤的相似模擬試驗(yàn)裝置，包括支撐架和架設(shè)于其上的煤層和巖層，在所述巖層中設(shè)置有承壓含水層，所述承壓含水層由多個(gè)小水袋連接而成，所述小水袋是由頂板、底板、前側(cè)壁、后側(cè)壁、左側(cè)壁和右側(cè)壁圍合而成的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部為充水空間，在所述小水袋的左側(cè)壁上設(shè)置有入水口，右側(cè)壁上設(shè)置有出水口，后一個(gè)所述小水袋的入水口通過(guò)輸水管與前一個(gè)所述小水袋的出水口相連，第一個(gè)所述小水袋的入水口與水供應(yīng)裝置相連，最后一個(gè)所述小水袋只設(shè)置有入水口 ；
[0007]所述輸水管為中空?qǐng)A柱體，在其外側(cè)的中部設(shè)置有水流量傳感器，所述水流量傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸裝置與數(shù)據(jù)處理裝置相連，所述輸水管的兩端為接頭，在所述接頭和所述水流量傳感器之間設(shè)置有彈性軟管，所述彈性軟管能夠伸縮和向各個(gè)方向彎曲。
[0008]本發(fā)明所述的承壓水下采煤的相似模擬試驗(yàn)裝置，其包括10個(gè)所述小水袋，從第I個(gè)?第5個(gè)小水袋的入水口設(shè)置在所述左側(cè)壁的中部，處于靠近所述前側(cè)壁的位置，出水口設(shè)置在所述右側(cè)壁的下部，處于靠近所述后側(cè)壁的位置；從第6個(gè)到10個(gè)小水袋的入水口設(shè)置在所述左側(cè)壁的下部，處于靠近所述前側(cè)壁的位置；從第6個(gè)到9個(gè)小水袋的出水口設(shè)置在所述右側(cè)壁的中部，處于靠近所述后側(cè)壁的位置。
[0009]本發(fā)明所述的承壓水下采煤的相似模擬試驗(yàn)裝置，其中，在所述頂板和所述底板的左右兩側(cè)還分別設(shè)置有保護(hù)板，由所述頂板和底板向左右兩側(cè)延伸而成，將所有所述小水袋的保護(hù)板依次相連，在相鄰的兩個(gè)所述小水袋間形成保護(hù)所述輸水管的置物空間。
[0010]本發(fā)明所述的承壓水下采煤的相似模擬試驗(yàn)裝置，其中，所述頂板和所述底板為PVC板，所述前側(cè)壁、后側(cè)壁、左側(cè)壁和右側(cè)壁的截面為可折疊伸縮的齒形結(jié)構(gòu)，由丁基橡膠制成。
[0011]本發(fā)明所述的承壓水下采煤的相似模擬試驗(yàn)裝置，其中，所述小水袋的長(zhǎng)度為270mm,寬度為300_，所述前側(cè)壁、后側(cè)壁、左側(cè)壁和右側(cè)壁的最大拉伸高度為60_ ;所述保護(hù)板的長(zhǎng)度為15mm，寬度為300mm ;所述頂板和底板的厚度為4mm，所述前側(cè)壁、后側(cè)壁、左側(cè)壁和右側(cè)壁的厚度為2.2mm ;所述塑料軟管為聚丙烯材料制成，外直徑為70_，內(nèi)直徑為50mm ;所述小水袋在使用前其內(nèi)部處于完全壓縮狀態(tài)。
[0012]本發(fā)明所述的承壓水下采煤的相似模擬試驗(yàn)裝置，其中，所述水供應(yīng)裝置包括多個(gè)相同規(guī)格的水箱，所述水箱從上至下包括依次連通的上管體、上箱體、下管體和下箱體，所述上管體的上端為管口，所述上管體的上部為無(wú)刻度區(qū)，下部為有刻度區(qū)，所述下管體的上部為有刻度區(qū)，下部為無(wú)刻度區(qū)，在所述有刻度區(qū)的管壁上設(shè)置有刻度；在所述水箱的底部設(shè)置有水箱出水口。
[0013]本發(fā)明所述的承壓水下采煤的相似模擬試驗(yàn)裝置，其中，所述水箱由透明材料制成。
[0014]本發(fā)明所述的承壓水下采煤的相似模擬試驗(yàn)裝置，其中，所述上管體和所述下管體的橫截面為邊長(zhǎng)為80mm的正方形，所述上管體的總高度為150mm，其中，上部的無(wú)刻度區(qū)高度為81.25mm，下部的有刻度區(qū)的高度為68.75mm，所述下管體的總高度為1000mm，上部的有刻度區(qū)高度為900mm，下部的無(wú)刻度區(qū)高度為10mm ;所述上箱體和下箱體的橫截面為邊長(zhǎng)為250mm的正方形，所述上箱體的高度為160mm，所述下箱體的高度為10mm ;所述水箱的有刻度區(qū)的刻度值由上至下依次增大。
[0015]本發(fā)明所述的承壓水下采煤的相似模擬試驗(yàn)裝置，其中，所述水箱為3個(gè)，所述水供應(yīng)裝置還包括接頭和壓力表，所述3個(gè)水箱的水箱出水口分別通過(guò)管路與所述壓力表連接，所述接頭的一端通過(guò)管路與所述壓力表連接，另一端與第一個(gè)所述小水袋的入水口連接，在每個(gè)水箱和所述壓力表之間的管路上設(shè)置有閥門(mén)。
[0016]采用本發(fā)明所述的承壓水下采煤的相似模擬試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)的方法，包括如下步驟:
[0017]①準(zhǔn)備好試驗(yàn)工具、材料，必要的儀器設(shè)備；
[0018]②第一次使用水箱時(shí)，需要進(jìn)行水管空氣排放過(guò)程，過(guò)程為:關(guān)閉水供應(yīng)裝置中第一個(gè)水箱的閥門(mén)，向水箱中注入干凈水源，加水過(guò)程要平穩(wěn)，水加到下箱體即將注滿(mǎn)時(shí)停止，打開(kāi)水箱閥門(mén)，水箱中的水會(huì)在壓力下從水管流出，從而將初次使用的水箱水管中空氣排出，然后關(guān)閉閥門(mén)；然后按照上述方法依次向第二個(gè)水箱和第三個(gè)水箱加水并進(jìn)行排放空氣過(guò)程；水箱加水之后，要拿干凈的木板蓋住水箱口 ；
[0019]③按照相似原理，分層鋪設(shè)需要模擬的煤巖層，要保證鋪設(shè)的煤巖層層面平直，在需要監(jiān)測(cè)應(yīng)力的巖層鋪設(shè)應(yīng)變片，將應(yīng)變片數(shù)據(jù)線(xiàn)都引向一側(cè)，從相似模擬裝置兩側(cè)圓孔中穿出，同時(shí)安裝側(cè)護(hù)板，鋪設(shè)到承壓含水層時(shí)暫停，開(kāi)始鋪設(shè)小水袋；
[0020]④鋪設(shè)承壓含水層:將小水袋構(gòu)成的承壓含水層鋪于巖層上，保證連接緊密，鋪設(shè)緊湊、平直，將水流量傳感器數(shù)據(jù)線(xiàn)都引向一側(cè)；
[0021]⑤小水袋構(gòu)成的承壓含水層鋪于巖層上之后，需要向進(jìn)行排放空氣過(guò)程后的水箱內(nèi)加水，要根據(jù)含水層實(shí)際的厚度加水，使小水袋充水到模擬厚度，水箱加水之后，要拿干凈的木板蓋住水箱口 ；加水量及小水袋的充水方法如下:
[0022]當(dāng)實(shí)際含水層厚度小于2m時(shí)，按照相似比100:1計(jì)算，小水袋需要達(dá)到的厚度小于20mm，則水袋中總共需要的水量小于16200ml，使用一個(gè)水箱加水，方法為:將蓋在水箱口的干凈木板拿掉，對(duì)第一個(gè)水箱加水到剛好零刻度位置時(shí)，升高水箱位置，打開(kāi)水箱閥門(mén)，利用水的自身重力，將水注入到小水袋中，最后刻度顯示水箱注入的水的流量之和為810a ml時(shí)關(guān)閉閥門(mén)，a為含水層模擬高度，a = h/100，單位為mm，h為含水層實(shí)際高度，刻度值從下管體的有刻度區(qū)中讀出；
[0023]當(dāng)實(shí)際含水層厚度小于4m大于2m時(shí)，使