一種用于觀測巖層表面位移的試驗?zāi)Ｐ图捌渲谱鞣椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及礦業(yè)工程及水利工程的綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于觀測巖層表面位移的試驗?zāi)Ｐ图捌渲谱鞣椒ā?br>【背景技術(shù)】
[0002]煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主體地位的格局相當(dāng)長時期內(nèi)難以改變，與此同時我國煤炭資源的開發(fā)與利用所引發(fā)的環(huán)境問題卻日益突出。一方面，我國西部富煤地區(qū)多處于干旱和半干旱地帶，水資源短缺，同時地表生態(tài)脆弱；另一方面，在煤炭開采過程中不可避免產(chǎn)生礦井水，如果處理不當(dāng)不僅會造成地下水資源的破壞，同時還會造成河川徑流量減少、水資源枯竭、土地沙漠化、環(huán)境污染、地表塌陷等一系列危害。因此，保護(hù)水資源和地表生態(tài)環(huán)境，是我國西部煤炭資源開發(fā)面臨的重大課題。
[0003]利用煤礦采空區(qū)建造地下水庫，實現(xiàn)保水開采是綜合利用地下水資源、保護(hù)含水層、煤礦安全生產(chǎn)和礦山廢棄后地下水源再利用的重大舉措?！熬G色煤炭”也是國家重大戰(zhàn)略問題，將列入國家科技重大專項的重要研究內(nèi)容。在地下水庫設(shè)計和建造中，庫址與壩址、庫容與特征水位、地下水調(diào)控與水質(zhì)過濾凈化，都取決于頂?shù)装鍘r體滲透性能、導(dǎo)水裂隙帶和塌落體的滲透系數(shù)和儲水系數(shù)、以及這些參數(shù)的動態(tài)變化或變異特征與規(guī)律；而這些問題又是取決于煤層采動過程中頂?shù)装鍘r體破損與裂隙發(fā)育過程和演化規(guī)律、破損巖體塌落方式、范圍、堆積型式、塊度分布、孔隙大小與分布等物理特征。在現(xiàn)場條件下，難以直接觀察、觀看、準(zhǔn)確測試這些物理特征和相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)，采用大型水巖耦合物理模型試驗可以實現(xiàn)這一目的。
[0004]在水巖耦合物理模型試驗條件下，模型內(nèi)部傳感器的埋設(shè)工序復(fù)雜、難度大、造價高，同時過多的布設(shè)傳感器也會對模型試驗的結(jié)果造成不良影響。如何在密封條件下，對水巖耦合模型試驗的表面位移進(jìn)行動態(tài)全過程的實時觀測及記錄是水巖耦合模型試驗的關(guān)鍵技術(shù)難題之一，對煤礦分布式地下水庫相關(guān)問題的研究具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種能夠在密封條件下，對巖層的表面位移進(jìn)行動態(tài)觀測的試驗?zāi)Ｐ图捌渲谱鞣椒ā?br>[0006]本發(fā)明技術(shù)方案提供一種用于觀測巖層表面位移的試驗?zāi)Ｐ?，包括試驗箱，所述試驗箱上包括至少一塊觀測玻璃，在所述試驗箱內(nèi)澆筑有至少一層與待開采的巖層相似的相似巖層；其中，在所述相似巖層的外周面與所述觀測玻璃之間形成有容置空腔，所述容置空腔貫通所述相似巖層的上下表面；在所述容置空腔內(nèi)填充有柔性防水層；在所述柔性防水層上間隔地布置有多個位移觀測件，所述位移觀測件包括觀測面和與所述觀測面垂直連接的主體部，所述主體部布置在所述柔性防水層上，所述主體部的尾部連接在所述相似巖層的所述上表面上，所述觀測面緊貼著所述觀測玻璃布置，所述位移觀測件能夠隨著所述相似巖層的移動而移動。
[0007]進(jìn)一步地，所述觀測玻璃繞著所述試驗箱的一圈設(shè)置，相應(yīng)地，所述容置空腔繞著所述相似巖層的外周面的一圈設(shè)置，多個所述位移觀測件繞著環(huán)形的所述容置空腔內(nèi)的所述柔性防水層的一圈設(shè)置。
[0008]進(jìn)一步地，所述容置空腔沿著所述相似巖層厚度方向的縱剖面呈楔形，在從所述相似巖層的上表面至下表面的方向上，所述觀測玻璃與所述相似巖層的所述外周面之間的距離逐漸變小。
[0009]進(jìn)一步地，所述試驗箱內(nèi)澆筑有多層所述相似巖層，每層所述相似巖層與所述觀測玻璃之間均設(shè)置有所述容置空腔，每個所述容置空腔內(nèi)均填充有所述柔性防水層，每層所述柔性防水層上均布置有多個所述位移觀測件。
[0010]進(jìn)一步地，所述觀測面為圓形鋼片，所述主體部為片狀鋼片，所述主體部的尾部上設(shè)置有尾釘，所述主體部通過所述尾釘連接在所述相似巖層上。
[0011]進(jìn)一步地，所述觀測面上設(shè)置噴漆層，并在所述噴漆層上設(shè)置有十字型標(biāo)記。
[0012]進(jìn)一步地，所述柔性防水層為防水砂層或防水彩砂層。
[0013]進(jìn)一步地，所述試驗?zāi)Ｐ瓦€包括用于觀測所述觀測面位移的全站儀或3D激光掃描儀。
[0014]進(jìn)一步地，所述相似巖層還包括可拆除的空腔形成模板，所述容置空腔由從所述相似巖層上拆除的所述空腔形成模板形成。
[0015]進(jìn)一步地，所述空腔形成模板的縱剖面呈楔形。
[0016]本發(fā)明技術(shù)方案還提供一種用于觀測巖層表面位移的試驗?zāi)Ｐ偷闹谱鞣椒?，包括如下步驟:步驟1:在試驗箱內(nèi)靠近觀測玻璃的一側(cè)支設(shè)空腔形成模板；步驟2:向所述試驗箱內(nèi)澆筑一層相似巖層；步驟3:在所述相似巖層滿足強(qiáng)度要求后，拆除所述空腔形成模板，從而在所述觀測玻璃與所述相似巖層的外周面之間形成有容置空腔；步驟4:向所述容置空腔內(nèi)填充滿柔性防水層；步驟5:在所述柔性防水層上間隔地均布多個位移觀測件，將所述位移觀測件的觀測面緊貼著所述觀測玻璃布置，將所述位移觀測件的主體部布置在所述柔性防水層上，將所述主體部的尾部連接在所述相似巖層的所述上表面上；并且所述位移觀測件能夠隨著所述相似巖層的移動而移動。
[0017]進(jìn)一步地，在所述試驗箱外側(cè)支設(shè)全站儀或3D激光掃描儀，通過所述全站儀或所述3D激光掃描儀實時觀測并記錄所述觀測面的位移。
[0018]進(jìn)一步地，在所述試驗箱內(nèi)依照所述步驟1至所述步驟5依次澆筑有多層所述相似巖層。
[0019]進(jìn)一步地，所述觀測玻璃繞著所述試驗箱的一圈設(shè)置，相應(yīng)地，所述容置空腔繞著所述相似巖層的外周面的一圈設(shè)置，多個所述位移觀測件繞著環(huán)形的所述容置空腔內(nèi)的所述柔性防水層的一圈設(shè)置。
[0020]進(jìn)一步地，所述容置空腔沿著所述相似巖層厚度方向的縱剖面呈楔形，在從所述相似巖層的上表面至下表面的方向上，所述觀測玻璃與所述相似巖層的所述外周面之間的距離逐漸變小。
[0021]進(jìn)一步地，所述空腔形成模板的縱剖面呈楔形。
[0022]進(jìn)一步地，所述觀測面為圓形鋼片，所述主體部為片狀鋼片，所述主體部的尾部上設(shè)置有尾釘，所述主體部通過所述尾釘連接在所述相似巖層上。
[0023]進(jìn)一步地，所述觀測面上設(shè)置噴漆層，并在所述噴漆層上設(shè)置有十字型標(biāo)記。
[0024]進(jìn)一步地，所述柔性防水層為防水砂層或防水彩砂層。
[0025]采用上述技術(shù)方案，具有如下有益效果:
[0026]本發(fā)明提供的試驗?zāi)Ｐ图捌渲谱鞣椒?，通過在相似巖層和觀測玻璃之間設(shè)置位移觀測件，位移觀測件能夠隨著相似巖層的移動而移動，從而通過觀測上述位移觀測件的動態(tài)過程，即可得知相似巖層的表面位移的動態(tài)全過程。
[0027]本發(fā)明提供的試驗?zāi)Ｐ图捌渲谱鞣椒?，其施工簡便易行，觀測效果直觀可靠，造價低廉，避免了在相似巖層內(nèi)部過多布設(shè)傳感器對模型試驗結(jié)果造成不利影響。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明提供的試驗?zāi)Ｐ偷慕Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為在試驗箱內(nèi)支設(shè)空腔形成模板的示意圖；
[0030]圖3為向試驗箱內(nèi)饒筑相似巖層的不意圖；
[0031]圖4為拆除空腔形成模板的示意圖；
[0032]圖5為容置空腔內(nèi)填充滿柔性防水層的示意圖；
[0033]圖6為從觀測玻璃側(cè)看柔性防水層上布置有位移觀測件的示意圖；
[0034]圖7為在試驗箱內(nèi)澆筑有兩層相似巖層的示意圖；
[0035]圖8為位移觀測件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖9為在噴漆層上設(shè)置有十字型標(biāo)記的示意圖。
[0037]附圖標(biāo)記對照表:
[0038]1-試驗箱；11-觀測玻璃；2-相似巖層；
[0039]20-外周面；21-位移傳感器；22-上表面；
[0040]23-下表面；3-容置空腔；4-柔性防水層；
[0041]5-位移觀測件；51-觀測面；52-主體部；
[0042]53-尾部；54-尾釘；55-噴漆層；
[0043]56-十字型標(biāo)記；6-空腔形成模板。
【具體實施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖來進(jìn)一步說明本發(fā)明的【具體實施方式】。其中相同的零部件用相同的附圖標(biāo)記表示。需要說明的是，下面描述中使用的詞語“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附圖中的方向，詞語“內(nèi)”和“外”分別指的是朝向或遠(yuǎn)離特定部件幾何中心的方向。
[0045]本發(fā)明中所涉及到相似巖層是指與煤礦開采過程中的待開采的巖石層以一定方式相似制成的相似材料層，其由相似材料按照一定比例制成，其性質(zhì)、形狀、構(gòu)造或結(jié)構(gòu)與待開采的巖層相似，稱之為相似巖層。
[0046]如圖1-5所示，本發(fā)明一實施例提供的一種用于觀測巖層表面位移的試驗?zāi)Ｐ停ㄔ囼炏?，試驗箱1上包括至少一塊觀測玻璃11，在試驗箱1內(nèi)澆筑有至少一層與待開米的巖層相似的相似巖層2。
[0047]其中，在相似巖層2的外周面20與觀測玻璃11之間形成有容置空腔3，容置空腔3貫通相似巖層2的上下表面。
[0048]在容置空腔3內(nèi)填充有柔性防水層4。在柔性防水層4上間隔地布置有多個位移觀測件5，位移觀測件5包括觀測面51和與觀測面51垂直連接的主體部5