CN104237486B - 一种封闭钻孔采动破坏模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于封闭钻孔采动破坏模拟试验设备技术领域，涉及一种封闭钻孔采动破坏模拟试验装置，模型架上竖向设置有侧向加载装置，每个侧向加载装置均与液压动力控制系统连通；模型架的内侧设置有独立加压隔板，整个装置的中间钻孔内设置有钻孔监视传感器，钻孔的顶部孔口侧壁上设有顶部套管，钻孔的内侧壁上安装制有测量电极应力应变传感片，整个装置的顶部对称设有加压板，加压板的上端安装制有顶部加载装置，整个装置内部制有多个应力监测点，计算机控制处理系统分别与超高密度电法测量系统、应力数据采集板、成像数据采集板和液压动力控制系统电连接；其结构简单，便于维护和安装，原理科学，操作方便，采集的数据精确。

Description

一种封闭钻孔采动破坏模拟试验装置

技术领域：

本发明属于封闭钻孔采动破坏模拟试验设备技术领域，涉及一种封闭钻孔采动破坏模拟试验装置，对封闭钻孔在采动响应下的破坏机理进行研究。

背景技术：

随着煤矿开采深度不断加大，开采方式的变化，煤矿水害产生的条件以及水害产生的方式都发生着较大的变化，其中，封闭不良钻孔是诱发煤矿水害发生的一个重要因素，是威胁煤矿安全生产的隐患。结合国内外研究现状，目前并没有对钻孔封闭机理和封闭钻孔在采动影响下破坏失稳造成次生导水通道等问题进行进一步研究。因此，寻求一种封闭钻孔采动破坏模拟试验装置，用以观测钻孔采动破坏失稳裂隙发育，并对钻孔封闭使用相似材料模拟进行岩石力学测试，结合数值模拟研究封闭钻孔采动破坏失稳机理具有创新意义，并对煤矿生产中遇到的封闭钻孔突水问题具有指导意义。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种封闭钻孔采动破坏模拟试验装置，开发钻孔封闭注浆试验平台、封闭钻孔在采动响应下的破坏机理研究的模拟试验平台。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括独立加压隔板、加压板、钻孔顶板套管、顶部加载装置、侧向加载装置、钻孔成像检测传感器、测量电极应力应变传感器、应力监测点、液压管路、超高密度电法测量系统、应力数据采集板、成像数据采集板、液压动力控制系统、计算机控制处理系统和模型架；封闭钻孔采动破坏模拟试验装置的左右两侧对称设有模型架，模型架为固定模型，在对模型加载侧向和垂直压力时起到支撑作用；模型架上竖向分布设置有3-7个侧向加载装置，侧向加载装置工作时作为模拟横向上的构造应力和地应力的分量对钻孔挤压；每个侧向加载装置均通过液压管路与液压动力控制系统连通，液压动力控制系统为侧向加载装置提供动力源；模型架的内侧设置有独立加压隔板，独立加压隔壁模拟不同地层所受的构造应力；整个装置的中间钻孔内设置有钻孔监视传感器，钻孔监视传感器由微型摄像头和超声波探测装置相见组成，将钻孔破坏造成的裂隙发育情况用摄影成像的方式观测，微裂隙则使用超声波探测，将钻孔破坏裂隙形成和发育进行综合监测；钻孔的顶部孔口侧壁上设有加固孔口的顶部套管，防治在早期试验阶段钻孔坍塌，顶部套管的长度为5～10cm；钻孔的内侧壁上竖向安装制有间距为10cm的10～12个测量电极应力应变传感片，电极应力应变传感片作为电极利用超高密度电法测量系统探测钻孔围岩在采动破坏过程中的电性特征分布，同时测量钻孔壁应力分布和监测钻孔壁应变；测量电极应力应变传感片通过钻孔监视传感器分别与应力数据采集板、成像数据采集板和超高密度电法测量系统电信息连接；应力数据采集板采集应力数据，成像数据采集板为钻孔监视传感器采集到的摄像及超声波数据，超高密度电法测量系统采集钻孔壁的电阻率数据；封闭钻孔采动破坏模拟试验装置的顶部对称设有加压板，加压板的上端安装制有顶部加载装置，顶部加载装置模拟垂直地应力，垂直地应力的大小与地层埋深有关；封闭钻孔采动破坏模拟试验装置内部同一深度水平方向上均匀分布制有多个应力监测点，采集不同深度地层上的应力分布特征；每个应力监测点均与由应力数据采集板和成像数据采集板组合构成的数据采集系统连接；计算机控制处理系统分别与超高密度电法测量系统、应力数据采集板、成像数据采集板和液压动力控制系统电连接。

本发明与现有技术相比，通过封闭钻孔采动破坏模拟试验装置，对封闭钻孔在采动条件下的破坏失稳水害问题进行深入的研究，解决矿井目前遇到的封闭钻孔煤柱留设、封闭不良钻孔突水、封闭钻孔采动破坏突水等难题，解放受封闭钻孔水害威胁的煤炭资源储量并对优化布置采掘系统等做出指导；其结构简单，便于维护和安装，原理科学，操作方便，采集的数据精确，对煤矿生产中遇到的封闭钻孔突水问题具有指导意义。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例：

本实施例的主体结构包括独立加压隔板1、加压板2、钻孔顶板套管3、顶部加载装置4、侧向加载装置5、钻孔成像检测传感器6、测量电极应力应变传感器7、应力监测点8、液压管路9、超高密度电法测量系统10、应力数据采集板11、成像数据采集板12、液压动力控制系统13、计算机控制处理系统14和模型架15；封闭钻孔采动破坏模拟试验装置的左右两侧对称设有模型架15，模型架15为固定模型，在对模型加载侧向和垂直压力时起到支撑作用；模型架15上竖向分布设置有3-7个侧向加载装置5，侧向加载装置5工作时作为模拟横向上的构造应力和地应力的分量对钻孔挤压；每个侧向加载装置5均通过液压管路9与液压动力控制系统13连通，液压动力控制系统13为侧向加载装置5提供动力源；模型架15的内侧设置有独立加压隔板1，独立加压隔壁1模拟不同地层所受的构造应力；整个装置的中间钻孔内设置有钻孔监视传感器6，钻孔监视传感器6由微型摄像头和超声波探测装置相见组成，将钻孔破坏造成的裂隙发育情况用摄影成像的方式观测，微裂隙则使用超声波探测，将钻孔破坏裂隙形成和发育进行综合监测；钻孔的顶部孔口侧壁上设有加固孔口的顶部套管3，防治在早期试验阶段钻孔坍塌，顶部套管3的长度为5～10cm；钻孔的内侧壁上竖向安装制有间距为10cm的10～12个测量电极应力应变传感片7，电极应力应变传感片7作为电极利用超高密度电法测量系统10探测钻孔围岩在采动破坏过程中的电性特征分布，同时测量钻孔壁应力分布和监测钻孔壁应变；测量电极应力应变传感片7通过钻孔监视传感器6分别与应力数据采集板11、成像数据采集板12和超高密度电法测量系统10电信息连接，应力数据采集板11采集应力数据，成像数据采集板12为钻孔监视传感器6采集到的摄像及超声波数据，超高密度电法测量系统10采集钻孔壁的电阻率数据；封闭钻孔采动破坏模拟试验装置的顶部对称设有加压板2，加压板2的上端安装制有顶部加载装置4，顶部加载装置4模拟垂直地应力，垂直地应力的大小与地层埋深有关；封闭钻孔采动破坏模拟试验装置内部同一深度水平方向上均匀分布制有多个应力监测点8，采集不同深度地层上的应力分布特征；每个应力监测点8均与由应力数据采集板11和成像数据采集板12组合构成的数据采集系统连接；计算机控制处理系统14分别与超高密度电法测量系统10、应力数据采集板11、成像数据采集板12和液压动力控制系统13电连接。

Claims (1)

1.一种封闭钻孔采动破坏模拟试验装置，其特征在于主体结构包括独立加压隔板、加压板、钻孔顶板套管、顶部加载装置、侧向加载装置、钻孔成像检测传感器、测量电极应力应变传感器、应力监测点、液压管路、超高密度电法测量系统、应力数据采集板、成像数据采集板、液压动力控制系统、计算机控制处理系统和模型架；封闭钻孔采动破坏模拟试验装置的左右两侧对称设有模型架，模型架为固定模型，在对模型加载侧向和垂直压力时起到支撑作用；模型架上竖向分布设置有3-7个侧向加载装置，侧向加载装置工作时作为模拟横向上的构造应力和地应力的分量对钻孔挤压；每个侧向加载装置均通过液压管路与液压动力控制系统连通，液压动力控制系统为侧向加载装置提供动力源；模型架的内侧设置有独立加压隔板，独立加压隔板模拟不同地层所受的构造应力；整个装置的中间钻孔内设置有钻孔监视传感器，钻孔监视传感器由微型摄像头和超声波探测装置相见组成，将钻孔破坏造成的裂隙发育情况用摄影成像的方式观测，微裂隙则使用超声波探测，将钻孔破坏裂隙形成和发育进行综合监测；钻孔的顶部孔口侧壁上设有加固孔口的钻孔顶板套管，钻孔顶板套管的长度为5～10cm；钻孔的内侧壁上竖向安装制有间距为10cm的10～12个测量电极应力应变传感器，测量电极应力应变传感器作为电极利用超高密度电法测量系统探测钻孔围岩在采动破坏过程中的电性特征分布，同时测量钻孔壁应力分布和监测钻孔壁应变；测量电极应力应变传感器通过钻孔监视传感器分别与应力数据采集板、成像数据采集板和超高密度电法测量系统电信息连接，应力数据采集板采集应力数据，成像数据采集板采集钻孔监视传感器采集到的摄像及超声波数据，超高密度电法测量系统采集钻孔壁的电阻率数据；封闭钻孔采动破坏模拟试验装置的顶部对称设有加压板，加压板的上端安装制有顶部加载装置，顶部加载装置模拟垂直地应力，垂直地应力的大小与地层埋深有关；封闭钻孔采动破坏模拟试验装置内部同一深度水平方向上均匀分布制有多个应力监测点，采集不同深度地层上的应力分布特征；每个应力监测点均与由应力数据采集板和成像数据采集板组合构成的数据采集系统连接；计算机控制处理系统分别与超高密度电法测量系统、应力数据采集板、成像数据采集板和液压动力控制系统电连接。