本實(shí)用新型涉及相似材料模擬領(lǐng)域，特別涉及一種相似材料模擬試驗(yàn)突水模擬裝置。

背景技術(shù)：

相似材料模擬試驗(yàn)是以相似理論為基礎(chǔ)的模型試驗(yàn)技術(shù)，是利用事物或現(xiàn)象之間存在的相似和類似等特征來研究自然規(guī)律的一種方法。它特別適用于那些難以用理論分析方法獲取結(jié)果的研究領(lǐng)域，同時(shí)也是一種對(duì)理論研究結(jié)果進(jìn)行分析比較的有效手段。

相似材料模擬試驗(yàn)具有以下特點(diǎn)：相似材料模擬試驗(yàn)可以嚴(yán)格控制模擬對(duì)象的主要參數(shù)，不受外界條件的限制；相似材料模擬試驗(yàn)可突出所研究問題的主要矛盾，以便于發(fā)現(xiàn)并把握研究對(duì)象的本質(zhì)特征和內(nèi)在聯(lián)系；相似材料模型容易制作，與原型試驗(yàn)相比，具有節(jié)省人力、物力、財(cái)力和時(shí)間的優(yōu)勢；相似材料模擬可預(yù)測對(duì)原型不可能直接測試和不可能分析的性能、相似材料模擬試驗(yàn)可以和數(shù)值模擬結(jié)合起來檢驗(yàn)原型所得結(jié)論的正確性。

相似模擬試驗(yàn)是以相似理論、因次分析作為依據(jù)的試驗(yàn)研究方法，相比于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)更適用于礦山領(lǐng)域巖體突水的模型試驗(yàn)研究。目前，文獻(xiàn)報(bào)道中相似材料模擬試驗(yàn)大多集中模擬煤層開采過程中煤壁前方應(yīng)力分布，煤層開采后工作面來壓規(guī)律以及頂板垮落形態(tài)和范圍，有少數(shù)文獻(xiàn)中可看到模擬底板突水的報(bào)道。傳統(tǒng)的相似材料模擬試驗(yàn)系統(tǒng)所能模擬的情況單一，是制約相似材料模擬試驗(yàn)廣泛應(yīng)用的于研究礦井災(zāi)害的主要原因。

為了解決上述問題，提出了一種相似材料模擬試驗(yàn)突水模擬裝置，該相似材料模擬試驗(yàn)突水模擬裝置可以模擬煤礦頂板突水、底板突水、斷層突水、煤與瓦斯突出等礦井災(zāi)害，使相似材料模擬的范圍更加的廣泛和全面，使模擬條件跟接近現(xiàn)實(shí)煤層賦存條件，試驗(yàn)結(jié)果更可信準(zhǔn)確，提高了模擬試驗(yàn)的真實(shí)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是為克服傳統(tǒng)相似材料模擬試驗(yàn)系統(tǒng)只能模擬煤層開采過程中頂板垮落的范圍及形態(tài)，不能模擬突水及煤與瓦斯突出等礦井災(zāi)害的不足，提供一種可以模擬煤礦頂板突水、底板突水、斷層突水、煤與瓦斯突出等礦井災(zāi)害的相似材料模擬試驗(yàn)突水模擬裝置。

為了解決上述問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方法為：

一種相似材料模擬試驗(yàn)突水模擬裝置，其由囊體、隔層、密封環(huán)、彈簧、突水管組成，隔層將囊體分為上下兩部分，突水管下端依次穿過彈簧和密封環(huán)并且垂直于隔層安裝到壓力囊中，密封環(huán)密封隔層使水或氣僅存在于囊體的下部。

所述的一種相似材料模擬試驗(yàn)突水模擬裝置，其特征在于：模擬頂板突水、底板突水、斷層突水時(shí)囊體下部充有高壓有色水，模擬煤與瓦斯突出時(shí)囊體下部高壓有色氣。

有益效果：

根據(jù)上述技術(shù)方案，對(duì)比已有技術(shù)本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：可以模擬煤礦頂板突水、底板突水、斷層突水、煤與瓦斯突出等礦井災(zāi)害，使相似材料模擬的工況更加的廣泛和全面，試驗(yàn)結(jié)果更可信準(zhǔn)確，提高了模擬試驗(yàn)的真實(shí)性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明：

圖1模擬試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2一種相似材料模擬試驗(yàn)突水模擬裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3模擬頂板突水結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4模擬底板突水結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5模擬煤與瓦斯突出結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6模擬斷層突水結(jié)構(gòu)示意圖；

圖例說明，1-液壓泵、2-截止閥、3-減壓閥、4-減壓閥、5-縱向加載千斤頂、6-水平加載板、7-框架底板、8-框架底部支撐、9-框架底部空間、10-框架、11-側(cè)向加載板、12-側(cè)向加載千斤頂、13-壓力囊、13a-囊體、13b-隔層、13c-密封圈、13d-密封環(huán)、13e-彈簧、13f-突水管、14-高壓泵。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型提供了一種相似材料模擬試驗(yàn)突水模擬裝置，為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案以及優(yōu)點(diǎn)更清楚、明確，以下將結(jié)合附圖與實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明：

A、根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料，查閱模型配比用料表，鋪設(shè)模型，如圖1所示；

B、根據(jù)現(xiàn)場物理探測得到的數(shù)據(jù)和所要模擬的實(shí)際工程情況，反演頂板水、底板水或瓦斯積聚存在的位置，依據(jù)比例在模型中確定壓力囊位置并埋設(shè)壓力囊，如圖3-圖6所示，其中，圖3模擬頂板突水結(jié)構(gòu)示意圖；圖4模擬底板突水結(jié)構(gòu)示意圖；圖5模擬煤與瓦斯突出結(jié)構(gòu)示意圖；圖6模擬斷層突水結(jié)構(gòu)示意圖；

C、在煤層頂板和煤層底板安設(shè)傳感器，監(jiān)測煤層頂板和煤層底板應(yīng)力及位移變化，在一種相似材料模擬試驗(yàn)突水模擬裝置突水管出口處布置傳感器，監(jiān)測突水管出口處的應(yīng)力變化及出水量；

D、模型鋪設(shè)完成后，根據(jù)實(shí)際情況確定相應(yīng)位置側(cè)板對(duì)模型施加側(cè)向載荷，縱向加載機(jī)構(gòu)施加縱向應(yīng)力，同時(shí)向壓力囊內(nèi)填充水或氣，當(dāng)模擬突水時(shí)壓力囊內(nèi)填充水，當(dāng)模擬瓦斯突出時(shí)壓力囊中填充氣；

E、開挖煤層同時(shí)收集數(shù)據(jù)，直至突水或煤與瓦斯突出。

實(shí)例一：模擬頂板突水

1）根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料，得到具體巖層和煤層數(shù)量及位置關(guān)系，查閱模型配比用料表，得到煤層和各巖層相似材料配比，將所需物料放入攪拌鍋中調(diào)制，并鋪設(shè)模型，如圖1所示；

2）根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)雷達(dá)、瞬變電磁等物探手段得到的的數(shù)據(jù)，反演頂板水存在的位置，根據(jù)尺寸比例在模型中確定壓力囊大小尺寸及位置，并埋設(shè)壓力囊，如圖3所示；

3）在煤層頂板和煤層底板安設(shè)傳感器，監(jiān)測煤層頂板和煤層底板應(yīng)力及位移變化，在壓力囊突水管出口處布置傳感器，監(jiān)測突水管出口處的應(yīng)力變化及出水量；

4）模型鋪設(shè)完成后，根據(jù)實(shí)際情況確定相應(yīng)位置側(cè)板對(duì)模型施加側(cè)向載荷，縱向加載機(jī)構(gòu)施加縱向載荷，同時(shí)向壓力囊內(nèi)填充水；

5）模擬工作面回采過程開挖煤層，同時(shí)收集數(shù)據(jù)，直至發(fā)生頂板突水突水；

6）根據(jù)需要，調(diào)整材料、水壓等參數(shù)，重復(fù)上述步驟。

實(shí)例二：模擬煤與瓦斯突出

1）根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料，得到具體巖層和煤層數(shù)量及位置關(guān)系，查閱模型配比用料表，得到煤層和各巖層相似材料配比，將所需物料放入攪拌鍋中調(diào)制，并鋪設(shè)模型，如圖1所示；

2）根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)雷達(dá)、瞬變電磁等物探手段得到的的數(shù)據(jù)，反演瓦斯集聚存在的位置，根據(jù)尺寸比例在模型中確定壓力囊大小尺寸及位置，并埋設(shè)壓力囊，如圖4所示；

3）在煤層頂板和煤層底板安設(shè)傳感器，監(jiān)測煤層頂板和煤層底板應(yīng)力及位移變化，在壓力囊突水管出口處布置傳感器，監(jiān)測突水管出口處的應(yīng)力變化及出氣量；

4）模型鋪設(shè)完成后，根據(jù)實(shí)際情況確定相應(yīng)位置側(cè)板對(duì)模型施加側(cè)向載荷，縱向加載機(jī)構(gòu)施加縱向載荷，同時(shí)向壓力囊內(nèi)填充高壓有色氣體；

5）模擬工作面回采過程開挖煤層，同時(shí)收集數(shù)據(jù)，直至發(fā)生煤與瓦斯突出；

6）根據(jù)需要，調(diào)整材料、氣壓等參數(shù)，重復(fù)上述步驟。

實(shí)例三：模擬底板突水

1）根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料，得到具體巖層和煤層數(shù)量及位置關(guān)系，查閱模型配比用料表，得到煤層和各巖層相似材料配比，將所需物料放入攪拌鍋中調(diào)制，并鋪設(shè)模型，如圖1所示；

2）根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)雷達(dá)、瞬變電磁等物探手段得到的的數(shù)據(jù)，反演底板水存在的位置，根據(jù)尺寸比例在模型中確定壓力囊大小尺寸及位置，并埋設(shè)壓力囊，如圖5所示；

3）在煤層頂板和煤層底板安設(shè)傳感器，監(jiān)測煤層頂板和煤層底板應(yīng)力及位移變化，在壓力囊突水管出口處布置傳感器，監(jiān)測突水管出口處的應(yīng)力變化及出水量；

4）模型鋪設(shè)完成后，根據(jù)實(shí)際情況確定相應(yīng)位置側(cè)板對(duì)模型施加側(cè)向載荷，縱向加載機(jī)構(gòu)施加縱向載荷，同時(shí)向壓力囊內(nèi)填充高壓水；

5）模擬工作面回采過程開挖煤層，同時(shí)收集數(shù)據(jù)，直至發(fā)生底板突水；

6）根據(jù)需要，調(diào)整材料、水壓等參數(shù)，重復(fù)上述步驟。

實(shí)例四：模擬斷層突水

1）根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料，得到具體巖層和煤層數(shù)量及位置關(guān)系，查閱模型配比用料表，得到煤層和各巖層相似材料配比，將所需物料放入攪拌鍋中調(diào)制，并鋪設(shè)模型，如圖1所示；

2）根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)雷達(dá)、瞬變電磁等物探手段得到的的數(shù)據(jù)，反演斷層存在的位置，確定斷層傾角、落差、斷距等地質(zhì)特征參數(shù)，根據(jù)尺寸比例在模型中確定斷層位置和壓力囊大小尺寸及位置，并埋設(shè)壓力囊，如圖6所示；

3）在煤層頂板和煤層底板安設(shè)傳感器，監(jiān)測煤層頂板和煤層底板應(yīng)力及位移變化，在壓力囊突水管出口處布置傳感器，監(jiān)測突水管出口處的應(yīng)力變化及出水量；

4）模型鋪設(shè)完成后，根據(jù)實(shí)際情況確定相應(yīng)位置側(cè)板對(duì)模型施加側(cè)向載荷，縱向加載機(jī)構(gòu)施加縱向載荷，同時(shí)向壓力囊內(nèi)填充高壓水；

5）模擬工作面回采過程開挖煤層，同時(shí)收集數(shù)據(jù)，直至發(fā)生斷層突水；

6）根據(jù)需要，調(diào)整材料、水壓等參數(shù)，重復(fù)上述步驟。

當(dāng)然，上述說明并非是對(duì)本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。