本發(fā)明涉及一種模擬采空區(qū)儲水壩體穩(wěn)定性測試裝置及方法，尤其適用于研究煤礦采空區(qū)儲水結(jié)構(gòu)壩體在覆巖和動靜水壓共同作用下的穩(wěn)定性。

背景技術(shù)：

開采造成采動影響區(qū)域內(nèi)水資源的破壞是我國煤炭開發(fā)中面臨的重大問題之一，西部生態(tài)脆弱礦區(qū)地表生態(tài)系統(tǒng)十分脆弱，煤炭資源的大規(guī)模開發(fā)如果造成水資源的破壞，將會嚴(yán)重影響到該地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)。因此，如何合理的保護(hù)和配置水資源是實現(xiàn)煤炭綠色開采的重要科學(xué)問題。水作用下采空區(qū)內(nèi)及其邊界煤巖體物理力學(xué)性質(zhì)的改變，以及上覆巖層的運移，將對采空區(qū)內(nèi)部煤巖體的堆積形態(tài)、水壓及儲水結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。因此，探究采空區(qū)儲水的基礎(chǔ)和關(guān)鍵問題之一是其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性研究。目前國內(nèi)外大量的研究多局限于地面上水庫“飽水-風(fēng)干”循環(huán)作用下壩體巖石穩(wěn)定性的研究，而關(guān)于在覆巖自重和動靜水壓共同作用下采空區(qū)儲水煤巖柱壩體穩(wěn)定性研究未見報道。因此，通過研究在覆巖自重及水壓作用下煤巖壓縮變形特征和儲水結(jié)構(gòu)強度弱化規(guī)律，探討儲水空間的應(yīng)力環(huán)境演化機(jī)理，為進(jìn)一步促進(jìn)采空區(qū)資源化利用和擴(kuò)大采空區(qū)儲水技術(shù)的安全范圍具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種模擬采空區(qū)儲水壩體穩(wěn)定性測試方法及裝置，利用在實驗室內(nèi)布置模擬采空區(qū)儲水壩體，通過應(yīng)力傳感器監(jiān)測研究在覆巖和動靜水壓作用下壩體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

技術(shù)方案：本發(fā)明的模擬采空區(qū)儲水壩體穩(wěn)定性測試裝置，包括由底板、左側(cè)板、右側(cè)板、前板、后板和蓋板構(gòu)成的內(nèi)裝水和矸石的壩體，所述的壩體外部設(shè)有伺服千斤頂固定裝置，伺服千斤頂固定裝置包括拱形架、設(shè)在拱形架頂部面向壩體蓋板的千斤頂和與千斤頂相連的伺服千斤頂加壓泵，所述的左側(cè)板的上部設(shè)有調(diào)壓閥，調(diào)壓閥引線外接有水壓傳感器信號接受器，左側(cè)板的下部設(shè)有注/排水孔，所述的前板為裝有充填物料的空心槽板，空心槽板內(nèi)布有多個應(yīng)力傳感器，多個應(yīng)力傳感器引線外接有應(yīng)力傳感器信號接受器，所述的應(yīng)力傳感器信號接受器、水壓傳感器信號接受器和設(shè)在伺服千斤頂加壓泵的信號傳感器分別與計算機(jī)相連。

所述的左側(cè)板、右側(cè)板、后板及底板為鋼板或承壓樹脂板。

所述的空心槽板由兩個方型鋼柱和鐵皮焊接而成。

所述的蓋板尺寸與壩體內(nèi)邊緣尺寸相吻合。

所述的壩體通過螺栓拼接、可拆卸，壩體連接縫隙處用瀝青或密封膠進(jìn)行密封，以防漏水。

所述千斤頂?shù)膫€數(shù)根據(jù)實驗壩體大小均勻分布。

所述的千斤頂?shù)南路皆O(shè)有固定在蓋板上的千斤頂加載蓋板。

一種使用上述裝置的模擬采空區(qū)儲水壩體穩(wěn)定性測試方法，包括如下步驟：

a.根據(jù)煤礦采空區(qū)儲水庫受壓的實際情況，設(shè)定模擬采空區(qū)儲水壩體的大小，包括對壩體施加縱向壓力的伺服控制液壓千斤頂?shù)膫€數(shù)；

b.在壩體中裝滿粒徑為5～40mm的矸石和水，并在壩體中部放入與調(diào)壓閥相連的水壓傳感器，在前板內(nèi)距壩體底部1/3和2/3位置處的充填物料內(nèi)布置多個應(yīng)力傳感器；

c.啟動伺服千斤頂加壓泵，通過千斤頂加載蓋板和蓋板對壩體內(nèi)的矸石和水進(jìn)行加壓，由于壩體密閉，壩體內(nèi)的矸石和水被擠緊，壩體內(nèi)的水壓增加，進(jìn)而對壩體產(chǎn)生測壓；

d.通過計算機(jī)實時采集水壓傳感器和應(yīng)力傳感器的數(shù)據(jù)，繪制出曲線圖，以此模擬采空區(qū)儲水壩體的穩(wěn)定性，為研究煤礦采空區(qū)儲水結(jié)構(gòu)壩體在覆巖和動靜水壓共同作用下的穩(wěn)定性提供依據(jù)。

有益效果：本發(fā)明通過采空區(qū)儲水結(jié)構(gòu)壩體穩(wěn)定性實驗室測試方法，利用實驗室建立采空區(qū)儲水結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測試裝置，研究煤礦采空區(qū)儲水結(jié)構(gòu)壩體在覆巖和動靜水壓共同作用下的穩(wěn)定性?？梢栽诳v向荷載變化，而引起儲水壩體內(nèi)部水壓和儲水壩體前側(cè)面所承受橫向壓力變化的關(guān)系。從而，可以反映實際煤礦采空區(qū)儲水庫壩體在覆巖和動靜水壓共同作用下的受力變化，進(jìn)一步探究其穩(wěn)定性，為煤礦研究采空區(qū)儲水結(jié)構(gòu)壩體的穩(wěn)定性提供了一種便捷、實用的測試方法。其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，效果好。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的儲水壩體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的伺服千斤頂固定裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1—后板；2—調(diào)壓閥；3—左側(cè)板；4—注/排水孔；5—底板；6—應(yīng)力傳感器；7—水和矸石；8—右側(cè)板：9—前板；10—充填物料；11—壩體；12—螺栓；13—蓋板；14—應(yīng)力傳感器信號接受器；15—水壓傳感器信號接受器；16—計算機(jī)；17—拱形架；18—千斤頂；19—千斤頂加載蓋板；20—伺服千斤頂加壓泵。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進(jìn)一步的描述：

本發(fā)明的模擬采空區(qū)儲水壩體穩(wěn)定性測試裝置，主要由壩體、調(diào)壓閥2、傳感器、接受器、伺服千斤頂固定裝置構(gòu)成。所述的壩體由底板5、左側(cè)板3、右側(cè)板8、前板9、后板1和蓋板13構(gòu)成；壩體內(nèi)裝水和矸石7，所述的壩體外部設(shè)有伺服千斤頂固定裝置，伺服千斤頂固定裝置包括拱形架17、設(shè)在拱形架17頂部面向壩體蓋板的千斤頂18和與千斤頂18相連的伺服千斤頂加壓泵20，所述千斤頂18的個數(shù)根據(jù)實驗壩體大小均勻分布，千斤頂18的下方設(shè)有固定在蓋板13上的千斤頂加載蓋板19，蓋板13和千斤頂加載蓋板19上分別對開有連接孔，使用千斤頂對壩體內(nèi)的物料進(jìn)行均布加載。所述的蓋板13尺寸與壩體11的內(nèi)邊緣尺寸相吻合，所述的左側(cè)板3的上部設(shè)有調(diào)壓閥2，調(diào)壓閥2引線外接有水壓傳感器信號接受器15，左側(cè)板3的下部設(shè)有注/排水孔4，所述的前板9為內(nèi)裝有C30混凝土充填物10的空心槽板，空心槽板由兩個方型鋼柱和鐵皮焊接而成。空心槽板內(nèi)布有多個應(yīng)力傳感器6，多個應(yīng)力傳感器6引線外接有應(yīng)力傳感器信號接受器14，所述的左側(cè)板3、右側(cè)板8、后板1及底板5為鋼板或承壓樹脂板。所述的應(yīng)力傳感器信號接受器14、水壓傳感器信號接受器15和設(shè)在伺服千斤頂加壓泵20的信號傳感器分別與計算機(jī)16相連。所述的壩體11通過螺栓拼接、可拆卸，壩體連接縫隙處用瀝青或密封膠進(jìn)行密封，以防漏水。

一種模擬采空區(qū)儲水壩體穩(wěn)定性測試方法，具體步驟如下：

a.根據(jù)煤礦采空區(qū)儲水庫受壓的實際情況，設(shè)定模擬采空區(qū)儲水壩體的壩體11大小，包括對壩體11施加縱向壓力的伺服控制液壓千斤頂?shù)膫€數(shù)；組裝一個煤礦采空區(qū)儲水壩體結(jié)構(gòu)，如圖1所示，壩體的三個側(cè)板及底板為鋼板，前側(cè)板是兩個方型鋼柱和鐵皮焊接組成的空心槽，蓋板為一與儲水壩體內(nèi)邊緣尺寸相匹配的鋼塊。儲水壩體的各側(cè)面及底板之間均通過螺栓相連接。

b.在壩體11中裝滿粒徑為5～40mm的矸石和水，并在壩體11中部放入與調(diào)壓閥2相連的水壓傳感器，在前板9內(nèi)距壩體底部1/3和2/3位置處的充填物料10內(nèi)布置多個應(yīng)力傳感器6；

c.啟動伺服千斤頂加壓泵20，通過千斤頂加載蓋板19和蓋板13對壩體內(nèi)的矸石和水進(jìn)行加壓，由于壩體11密閉，壩體內(nèi)的矸石和水被擠緊使壩體內(nèi)的水壓增加，進(jìn)而對壩體11產(chǎn)生側(cè)壓，采集前板9空心槽中應(yīng)力傳感器6的數(shù)據(jù)；

d.通過計算機(jī)實時采集水壓傳感器和應(yīng)力傳感器的數(shù)據(jù)，繪制出曲線圖，分析受壓作用下壩體應(yīng)力和水壓變化的規(guī)律，以此模擬采空區(qū)儲水壩體的穩(wěn)定性，為研究煤礦采空區(qū)儲水結(jié)構(gòu)壩體在覆巖和動靜水壓共同作用下的穩(wěn)定性提供依據(jù)。