一種煤層群開采及頂板和采空區(qū)水動態(tài)滲流立體模擬裝置的制造方法
【專利說明】-種煤層群開采及頂板和采空區(qū)水動態(tài)滲流立體模擬裝置 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明專利設(shè)及一種煤層群開采及頂板和采空區(qū)水動態(tài)滲流立體模擬裝置，屬于 采礦工程試驗研究技術(shù)領(lǐng)域。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 煤礦本身就是一塊很大的公里級別的地質(zhì)體，且煤礦井下巷道圍巖環(huán)境復(fù)雜，煤 層群開采及頂板水動態(tài)滲流=維模擬裝置能夠?qū)⒑艽蟮牡刭|(zhì)體通過相似比例縮小為室內(nèi) 小型=維模型體，并通過開挖獲取巖±層的移動、破壞、裂隙、滲流等規(guī)律，從而為煤礦安全 提供技術(shù)指導(dǎo)。目前，煤層開采模擬裝置多為單一平面兩維固相模擬裝置，伴隨著西北地區(qū) 多煤層開采和煤礦突水導(dǎo)致的災(zāi)害事故頻發(fā)問題，現(xiàn)有的單一平面兩維固相模擬裝置一是 不能模擬區(qū)域=維開采的頂板破壞、頂板和采空區(qū)滲流問題，二是多煤層開采時不能準(zhǔn)確 把握上層煤和最下層煤走向和傾向支承壓力分布規(guī)律。
[0003] 鑒于W上技術(shù)問題，實有必要設(shè)計一種操作實用性強(qiáng)，試驗功能全面、可操作性強(qiáng) 的煤層群開采及頂板和采空區(qū)水動態(tài)滲流=維模擬裝置。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004] 本發(fā)明專利旨在克服現(xiàn)有模擬試驗方法與技術(shù)方面存在的不足，設(shè)計一種煤層群 開采及頂板和采空區(qū)水動態(tài)滲流立體模擬裝置，實現(xiàn)滲流功能，可有效模擬區(qū)域范圍多煤 層開采=維頂板動態(tài)移動、破壞、裂隙、滲流等規(guī)律。
[0005] 本發(fā)明專利采用的技術(shù)方案如下：
[0006] -種煤層群開采及頂板和采空區(qū)水動態(tài)滲流立體模擬裝置，包括試驗臺架、鋪設(shè) 在試驗臺架內(nèi)的試驗用巖±層、設(shè)置在試驗臺架上用于觀測巖±層下沉變化的地表移動觀 測裝置，W及為巖±層的含水層補(bǔ)給水源的補(bǔ)給裝置，所述試驗用巖±層的上煤層和下煤 層W液壓枕結(jié)構(gòu)和/或頂升千斤頂結(jié)構(gòu)替代，所述液壓枕結(jié)構(gòu)通過設(shè)置在所述試驗臺架外 側(cè)的側(cè)拉動力裝置實現(xiàn)模擬煤層的開采。
[0007] 進(jìn)一步，所述液壓枕結(jié)構(gòu)為多個液壓枕串聯(lián)而成，每個所述液壓枕用收緊螺絲通 過液壓枕截面上下的螺絲孔將所有液壓枕串聯(lián)起來，所述液壓枕的高度為試驗所替代煤層 的厚度，所述液壓枕截面的螺絲孔沿著截面垂直方向布置。
[000引進(jìn)一步，所述頂升千斤頂結(jié)構(gòu)包括底座連為一體的多個千斤頂立柱、頂梁和設(shè)置 于頂梁表面的液壓傳感器，所述千斤頂立柱升降的高度即是最下層煤的厚度，所述傳感器 設(shè)置于所述頂梁表面的安裝槽內(nèi)。
[0009] 進(jìn)一步，所述頂升千斤頂結(jié)構(gòu)的傳感器直徑與安裝槽的直徑相同但小于頂梁寬 度，所述安裝槽的深度為傳感器高度的一半。
[0010] 進(jìn)一步，所述千斤頂頂梁的寬度與千斤頂?shù)鬃膶挾认嗤?，均與替代上煤層的千 斤頂結(jié)構(gòu)或液壓枕結(jié)構(gòu)寬度和長度相同；所述千斤頂?shù)鬃拈L度與試驗臺長度相同，W保 障每排千斤頂?shù)姆€(wěn)定，使用時只需升降立柱并由頂梁支撐即可。
[0011] 進(jìn)一步，所述試驗用巖±層自下而上依次為：替代下煤層的頂升千斤頂結(jié)構(gòu)或液 壓枕結(jié)構(gòu)、基巖層、替代上煤層的液壓枕結(jié)構(gòu)或頂升千斤頂結(jié)構(gòu)、基巖層、隔水層、含水層、 風(fēng)積沙松散層;所述含水層主要由粗粒沙、石膏、大白粉鋪設(shè)而成，所述隔水層主要由粘性 ±、細(xì)沙、石膏、大白粉和食用油鋪設(shè)而成，所述基巖層主要由石膏、大白粉、細(xì)沙鋪設(shè)而成。
[0012] 進(jìn)一步，所述地表移動觀測裝置包括設(shè)置在所述試驗臺架上部的固定架、位移百 分表及接觸件;所述固定架上等分排布有多個所述位移百分表，所述位移百分表固定在固 定架上;所述接觸件一端連接位移百分表，另一端觸及試驗用巖±層表面。
[0013] 進(jìn)一步，所述含水層補(bǔ)給結(jié)構(gòu)包括容器支架、補(bǔ)水容器、補(bǔ)水管，所述補(bǔ)水容器由 容器支架支撐固定，補(bǔ)水容器上標(biāo)有水量刻度，補(bǔ)水容器連接補(bǔ)水管，補(bǔ)水管一端與補(bǔ)水容 器連接，另一端伸入含水層且與含水層上表面平齊。
[0014] 進(jìn)一步，所述補(bǔ)水管的進(jìn)水管口和出水孔均設(shè)置濾網(wǎng)，穿過試驗架側(cè)向槽鋼孔，伸 入至含水層的不同位置中，給含水層和采空區(qū)提供所需要水量。
[0015] 進(jìn)一步，所述補(bǔ)水管為"L"形結(jié)構(gòu)，在"L"形結(jié)構(gòu)的拐角位置設(shè)有排水口，該排水孔 通過開關(guān)閥控制。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明專利至少具有W下有益效果:本發(fā)明在試驗架內(nèi)設(shè)置有 代替上層煤及開采的液壓枕結(jié)構(gòu)和替代最下層煤及開采的頂升千斤頂結(jié)構(gòu)，可準(zhǔn)確把握上 層煤和最下層煤開采后的走向和傾向支承壓力分布規(guī)律;本發(fā)明在試驗架內(nèi)設(shè)置有試驗架 側(cè)連續(xù)補(bǔ)水結(jié)構(gòu)，給含水層提供所需要水量，從而可達(dá)到煤炭開采和含水層持續(xù)供水同步 進(jìn)行的目的，實現(xiàn)有效模擬區(qū)域范圍多煤層開采=維頂板動態(tài)移動破壞和裂隙滲流等效 果。
[0017] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。 【【附圖說明】】
[0018] 圖1為本發(fā)明專利結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2為S維物理模擬試驗臺架示意圖；
[0020] 圖3為調(diào)節(jié)度裝置示意圖；
[0021 ]圖4為兩側(cè)擋板(槽鋼)示意圖；
[0022] 圖5為前擋板(槽鋼)示意圖；
[0023] 圖6為可視玻璃后擋板板示意圖；
[0024] 附圖標(biāo)記說明：
[0025]
[0026]
【【具體實施方式】】
[0027] 本發(fā)明專利公布一種煤層群開采及頂板和采空區(qū)水動態(tài)滲流立體模擬裝置，屬于 煤礦相似材料模型試驗?zāi)M技術(shù)領(lǐng)域。它主要由試驗臺架1、鋪裝在試驗臺架內(nèi)的模擬巖± 層及設(shè)置在試驗臺架1側(cè)的含水層補(bǔ)給結(jié)構(gòu)組成。所述試驗臺架1是煤層群開采及頂板和采 空區(qū)水動態(tài)滲流綜合試驗系統(tǒng)的核屯、單元，所述試驗臺架1包括四周立柱、試驗臺兩側(cè)擋板 2、試驗臺前擋板3、可視玻璃板擋板4、底座及地表移動觀測裝置。所述鋪裝在試驗臺架內(nèi)的 模擬巖±層自上而下依次包括風(fēng)積沙松散層7、含水層8、隔水層9、基巖層11及上層煤、基巖 層11和最下層煤，所述上層煤和最下層煤分別由液壓枕結(jié)構(gòu)12和頂升千斤頂結(jié)構(gòu)13代替。 所述的含水層補(bǔ)給結(jié)構(gòu)包括補(bǔ)水容器16、容器支架15及補(bǔ)水管17,所述補(bǔ)水管17-端與補(bǔ) 水容器16連接，另一端伸入至含水層中給含水層提供所需要的設(shè)計水量，所述補(bǔ)水管17設(shè) 置有排水功能。
[0028] W下結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明專利作進(jìn)一步說明。
[0029] 請參閱圖1及圖2所示，本發(fā)明專利提供了一種煤層群開采及頂板和采空區(qū)水動態(tài) 滲流立體模擬裝置，包括試驗臺架1、鋪裝在試驗臺架內(nèi)的模擬巖±層及設(shè)置在試驗臺架側(cè) 的含水層補(bǔ)給結(jié)構(gòu);所述試驗臺架體1包括兩側(cè)(槽鋼)擋板2、前(槽鋼)擋板3、可視玻璃板 擋板4、四周立柱、底座及地表移動觀測裝置。所述四周立柱和底座均由前(槽鋼)擋板3代 替；
[0030] 所述兩側(cè)擋板2、前擋板3及四周立柱均由槽鋼螺絲孔5固定;所述可視玻璃板擋板 4通過玻璃板螺絲孔6來與槽鋼固定。
[0031] 所述鋪裝在試驗臺架內(nèi)的模擬巖±層包括風(fēng)積沙松散層7、含水層8、隔水層9、基 巖層11、代替上層煤鋪設(shè)的液壓枕結(jié)構(gòu)12及代替最下層煤鋪設(shè)頂升千斤頂結(jié)構(gòu)13;所述模 擬巖±層自下而上鋪設(shè)順序依次為:頂升千斤頂結(jié)構(gòu)13、基巖層11、液壓枕結(jié)構(gòu)12、基巖層 11、隔水層9、含水層8、風(fēng)積沙松散層7。
[0032] 所述含水層8,鋪裝的材料主要W粗粒沙、石膏、大白粉按照一定級配鋪設(shè)而成；
[0033] 所述隔水層9主要用粘性±、細(xì)沙、石膏、大白粉及食用油按一定級配鋪設(shè)；
[0034] 所述隔水材料10,鋪裝在隔水層9和基巖層11接觸面，起到絕對的防水作用；
[0035] 所述基巖層11，主要W石膏、大白粉、細(xì)沙按一定級配鋪設(shè)而成；
[0036] 所述液壓枕結(jié)構(gòu)12,主要由液壓枕、收緊螺絲、側(cè)拉動力裝置14組成。選用普通液 壓枕，在液壓枕上下沿著截面垂直方向上各加工兩對螺絲孔，在鋪設(shè)上層煤時，上層煤全部 由液壓枕來代替，用收緊螺絲通過液壓枕截面設(shè)計的上下兩對螺絲孔將每個液壓枕串聯(lián)起 來，所述液壓枕的寬度和長度根據(jù)模型中煤層的開采進(jìn)尺確定，所述液壓枕的高度根據(jù)所 替代煤層的厚度來設(shè)計。通過側(cè)拉動力裝置14在試驗臺架側(cè)面向外拉動每個液壓枕來模擬 上層煤開采，拉出一塊液壓枕代表開采一塊液壓枕長度的煤體。
[0037] 所述頂升千斤頂結(jié)構(gòu)13,主要由千斤頂立柱、頂梁、底座及頂梁表面的液壓傳感器 組成，主要用來替代最下層煤及開采過程，通過升降千斤頂來代替下層煤開采，升降的高度 即是下層煤的厚度。所述頂梁的設(shè)計寬度與底座寬度相同，也與替代上層煤鋪裝的液壓枕 設(shè)計寬度和長度相同。所述千斤頂?shù)鬃O(shè)計成一體，即長度和試驗臺架長度相當(dāng)，保障每排 千斤頂?shù)鬃姆€(wěn)定，使用時只需升降立柱并由頂梁支撐即可。所述千斤頂頂梁和底座均由 一定厚度的鋼板加工而成。所述頂梁表面的壓力傳感器主要用來實時傳遞上部巖層開采的 移動壓力，傳感器形狀為圓形，直徑小于頂梁寬度，安裝時緊緊的卡在頂梁表面預(yù)先設(shè)計的 圓形淺槽內(nèi)。所述圓形淺槽的直徑與傳感器直徑相當(dāng)，圓形淺槽深度為傳感器高度的一半。
[0038] 所述的含水層補(bǔ)給結(jié)構(gòu)包括容器支架15、補(bǔ)水容器16、補(bǔ)水管17、開關(guān)閥18及出水 孔19;所述補(bǔ)水容器16由容器支架15支撐固定，補(bǔ)水容器16上標(biāo)有水量刻度，補(bǔ)水容器16連 接補(bǔ)水管17,補(bǔ)水管17-端與補(bǔ)水容器16連接，另一端伸入含水層8且與含水層8上表面平 齊;所述補(bǔ)水管17的進(jìn)水管口和出水孔19均設(shè)置濾網(wǎng)，穿過試驗架側(cè)向槽