CN106441430B - 一种矿井突水阻隔实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种矿井突水阻隔实验装置，包括模拟地下水体装置，模拟隔水岩柱，传感器及数据采集装置、试验管道，突水阻隔装置；水源泵将水源箱内的水输送到聚集压力水水箱，水箱的水压力增加；渗流计、位移传感器、应力传感器监测模拟隔水岩柱的应力、位移及渗流参数，当聚集压力水的压力超过模拟隔水岩柱的承载极限时，模拟隔水岩柱破坏实现突水模拟；试验管道内的传感器监测突水的水压、流量、流速，数据采集装置采集试验数据，并由计算机和软件分析；由钢化玻璃制成试验管道，分为突水阻隔装置试验管道、监测段试验管道；该专利能验证突水阻隔装置的有效性，显示突水阻隔装置设计存在的缺陷。
Description
技术领域
本发明属于一种试验装置，即矿井突水阻隔实验装置，用于验证突水阻隔装置的有效性。
背景技术
掘进或采矿过程中大量地下水突然涌入矿山井巷的现象为矿井突水，矿井突水会在短时间内淹井，造成人员伤亡和财产损失，如2005年8月7日兴宁市的大兴煤矿的特别重大透水事故，造成121人死亡，直接经济损失4725万元；2010年3月28日王家岭矿发生透水事故，造成153人被困，115人获救，另有38名矿工遇难；2015年1月30日淮北市的朱仙庄煤矿突水事故造成7人不幸遇难。
矿井水害灾害的防治的方针：预测预报，有疑必探，先治后掘；采用“防、堵、疏、排、截”综合防治手段，即留设各类防隔水岩(矿)柱、注浆封堵有突水威胁的含水层、抽放疏水降低含水层水压、完善矿井排水系统、截流地表水。但当发生突水灾害时，矿井生产系统相互贯通，突水水流沿着生产系统巷道流动，破坏或超过矿井排水能力时，则会导致人员伤亡和财产损失；需要一种隔水装置能将突水水流限制在有限范围内，防止造成大部分或整个矿井被淹，减小突水灾害范围。
针对矿井突水灾害发生的特点及目前突水灾害发生后的隔水设施、实验装置的局限性和不足之处，专利申请人设计了一种适用于矿井突水阻隔实验装置，用于验证突水阻隔装置的有效性，显示突水阻隔装置设计存在的缺陷。
发明内容
为了克服现有矿井突水阻隔装置及实验设备设施的局限性和不足之处，本发明在于提供一种矿井突水阻隔实验装置。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种矿井突水阻隔实验装置，由模拟地下水体装置、模拟隔水岩柱、传感器及数据采集装置、试验管道、突水阻隔装置五个部分组成。
模拟地下水体装置，由水源箱、水源泵、水压表、截止阀、水管和聚集压力水水箱组成；水源泵将水源箱内的水供给聚集压力水水箱，水压表显示水压，截止阀防止压力水逆流。
模拟隔水岩柱，由管道、法兰、相似模拟材料、渗流计、位移传感器和应力传感器组成，当聚集压力水的压力增加，渗流计、位移传感器、应力传感器监测模拟隔水岩柱的应力、位移及渗流参数，当聚集压力水的压力超过模拟隔水岩柱的承载极限时，模拟隔水岩柱破坏实现突水模拟。
传感器及数据采集装置，由水压计、流量计、流速计、数据采集装置、计算机及软件组成；在突水阻隔装置的试验管道两端各安装一组传感器，每一组传感器分别由水压计、流量计、流速计组成，由数据采集装置采集试验数据，并存入计算机，软件分析试验数据。
试验管道由钢化玻璃制成，试验管道由安装有突水阻隔装置试验管道、突水未阻隔传感器监测段试验管道、突水阻隔传感器监测段试验管道三部分组成，试验管道开口朝向回收水水箱。
突水阻隔装置有两种形式，一种为气囊阻隔装置，气囊阻隔装置由灾害诱发器、气囊、气囊支架、充气装置、充水装置组成；另一种为防水门，由防水门体和诱发关门装置组成。
一种矿井突水阻隔实验装置的操作步骤：
步骤一：设计突水阻隔试验方案，包括突水压力，阻隔装置反应时间，试验采集参数。
步骤二：调试测试软件，标定和安装传感器，测试数据采集装置。
步骤三：安装阻隔装置在试验管道上；当采用气囊阻隔装置作为突水阻隔装置时，需要安装灾害诱发器、气囊、气囊支架、充气装置和充水装置，并进行调试；突水阻隔装置试验管道安装到两段监测段试验管道之间，并测试密封性；当采用防水门时，则将防水门及附属装置按设计要求安装在突水阻隔装置试验管道内。
步骤四：在试验管道内按照相似模拟材料试验配比制作模拟隔水岩柱，并在相似模拟材料中埋设渗流计、位移传感器和应力传感器，并将数据线连接到数据采集装置。
步骤五：安装聚集压力水水箱、模拟隔水岩柱试验管道、监测段试验管道、突水阻隔装置试验管道、回收水水箱，安装摄像仪器。
步骤六：按照设计要求向聚集压力水水箱充水，水压逐渐升高，同时采集试验数据，当聚集压力水的压力超过模拟隔水岩柱的承载极限时，模拟隔水岩柱破坏实现突水模拟。
步骤七：按照设计目的，分析突水阻隔装置前后传感器的数据及摄像获得的图像信息。
本发明的有益技术效果在于：
①验证突水阻隔装置的有效性；②查找突水阻隔装置设计存在的缺陷。
附图说明
图1一种矿井突水气囊阻隔实验装置示意图。
图2一种矿井突水的实验装置示意图。
图3一种矿井突水手动防水门阻隔实验装置示意图。
图4一种矿井突水自动防水门阻隔实验装置示意图。
图中：1-试验管道 2-阻隔装置试验管道 3-模拟隔水岩柱 4-计算机 5-数据采集装置 6-水压计 7-流量计 8-流速计 9-阻隔装置 10-试验管道法兰 11-水源箱 12-水源泵 13-水压表 14-截止阀 15-水管 16-氧气瓶 17-阀门 18-气压表 19-水箱 20-水泵21-水压表 22-截止阀 23-回收水水箱 24-聚集压力水水箱
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
一种矿井突水阻隔实验装置，由模拟地下水体装置、模拟隔水岩柱(3)、传感器(6、7、 8)及数据采集装置(5)、试验管道(1)和突水阻隔装置五个部分组成。
模拟地下水体装置，由水源箱(11)、水源泵(12)、水压表(13)、截止阀(14)、水管(15)和聚集压力水水箱(24)组成，由水源泵(12)将水源箱(11)内的水供给聚集压力水水箱(24)，水压表(13)显示水压，截止阀(14)防止压力水逆流。
模拟隔水岩柱(3)，由管道、法兰、相似模拟材料、渗流计、位移传感器和应力传感器组成，当聚集压力水的压力增加，渗流计、位移传感器、应力传感器监测模拟隔水岩柱(3)的应力、位移及渗流参数；当聚集压力水的压力超过模拟隔水岩柱(3)的承载极限时，模拟隔水岩柱(3)破坏实现突水模拟。
传感器(6、7、8)及数据采集装置(5)，由水压计(6)、流量计(7)、流速计(8)、数据采集装置(5)、计算机(4)及软件组成，在突水阻隔装置(9)的试验管道(1)两端各安装一组传感器(6、7、8)，每一组传感器(6、7、8)分别由水压计(6)、流量计(7)、流速计(8)组成，由数据采集装置(5)采集试验数据，并存入计算机(4)，软件分析试验数据。
试验管道(1)由钢化玻璃制成，试验管道(1)由安装有突水阻隔装置(9)试验管道(1)、突水未阻隔传感器监测段试验管道(1)、突水阻隔传感器(6、7、8)监测段试验管道(1)三部分组成，试验管道(1)开口朝向回收水水箱(23)。
突水阻隔装置(9)有两种形式，一种为气囊阻隔装置，另一种为防水门；气囊阻隔装置由灾害诱发器、气囊、气囊支架、充气装置和充水装置组成；防水门由防水门体和诱发关门装置组成。
一种矿井突水气囊阻隔实验装置的操作步骤：
步骤一：设计突水阻隔试验方案，包括突水压力，突水阻隔装置(9)反应时间，试验采集参数。
步骤二：调试测试软件，标定和安装传感器(6、7、8)，测试数据采集装置(5)。
步骤三：安装阻隔装置(9)在试验管道(1)上；采用气囊阻隔装置作为突水阻隔装置 (9)时，需要安装灾害诱发器、气囊、气囊支架、充气装置和充水装置，并进行调试；突水阻隔装置试验管道安装到两段监测段试验管道之间，并测试密封性。
步骤四：在试验管道(1)内按照相似模拟材料试验配比制作模拟隔水岩柱(3)，并在相似模拟材料中埋设渗流计、位移传感器、应力传感器，并将数据线连接到数据采集装置(5)。
步骤五：安装聚集压力水水箱(1)、模拟隔水岩柱试验管道(1)、监测段试验管道(1)、突水阻隔装置试验管道(1)、回收水水箱(23)，安装摄像仪器。
步骤六：按照设计要求向聚集压力水水箱(1)充水，水压逐渐升高，同时采集试验数据，当聚集压力水的压力超过模拟隔水岩柱(3)的承载极限时，模拟隔水岩柱(3)破坏实现突水模拟。
步骤七：按照设计目的，分析突水阻隔装置(9)前后传感器的数据及摄像获得的图像信息。
一种矿井突水防水门阻隔实验装置的操作步骤：
步骤一：设计突水阻隔试验方案，包括突水压力，突水阻隔装置(9)反应时间，试验采集参数。
步骤二：调试测试软件，标定和安装传感器(6、7、8)，测试数据采集装置(5)。
步骤三：安装突水阻隔装置(9)在试验管道(1)上；采用防水门时，则将防水门及附属装置按设计要求安装在突水阻隔装置(9)试验管道(1)内。
步骤四：在试验管道(1)内按照相似模拟材料试验配比制作模拟隔水岩柱(3)，并在相似模拟材料中埋设渗流计、位移传感器、应力传感器，并将数据线连接到数据采集装置(5)。
步骤五：安装聚集压力水水箱(1)、模拟隔水岩柱试验管道(1)、监测段试验管道(1)、突水阻隔装置试验管道(1)和回收水水箱(23)，安装摄像仪器。
步骤六：按照设计要求向聚集压力水水箱(1)充水，水压逐渐升高，同时采集试验数据，当聚集压力水的压力超过模拟隔水岩柱(3)的承载极限时，模拟隔水岩柱(3)破坏实现突水模拟。
步骤七：按照设计目的，分析突水阻隔装置(9)前后传感器的数据及摄像获得的图像信息。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工程技术人员在本发明的技术范围内，可做一些变换，如试验管道形式、阻隔装置的结构、材料、参数监测手段等，都应该作为侵犯本发明的保护范围。因此本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种矿井突水阻隔实验装置，其特征在于：由模拟地下水体装置、模拟隔水岩柱、传感器及数据采集装置、试验管道和突水阻隔装置五个部分组成。
2.根据权利要求1所述的一种矿井突水阻隔实验装置，其特征在于：模拟地下水体装置由水源箱、水源泵、水压表、截止阀、水管和聚集压力水水箱组成，由水源泵将水源箱内的水供给聚集压力水水箱，水压表显示水压，截止阀防止压力水逆流。
3.根据权利要求1所述的一种矿井突水阻隔实验装置，其特征在于：模拟隔水岩柱由管道、法兰、相似模拟材料、渗流计、位移传感器和应力传感器组成；当聚集压力水的压力增加，渗流计、位移传感器、应力传感器监测模拟隔水岩柱的应力、位移及渗流参数；当聚集压力水的压力超过模拟隔水岩柱的承载极限时，模拟隔水岩柱破坏实现突水模拟。
4.根据权利要求1所述的一种矿井突水阻隔实验装置，其特征在于：传感器及数据采集装置由水压计、流量计、流速计、数据采集装置、计算机及软件组成；在突水阻隔装置的试验管道两端各安装一组传感器，每一组传感器分别由水压计、流量计和流速计组成，由数据采集装置采集试验数据，并存入计算机，软件分析试验数据。
5.根据权利要求1所述的一种矿井突水阻隔实验装置，其特征在于：试验管道由钢化玻璃制成，试验管道由安装有突水阻隔装置试验管道、突水未阻隔传感器监测段试验管道、突水阻隔传感器监测段试验管道三部分组成，试验管道开口朝向回收水水箱。
6.根据权利要求1所述的一种矿井突水阻隔实验装置，其特征在于：突水阻隔装置有两种形式，一种为气囊阻隔装置，另一种为防水门；气囊阻隔装置由灾害诱发器、气囊、气囊支架、充气装置和充水装置组成；防水门由防水门体和诱发关门装置组成。
7.根据权利要求1所述的一种矿井突水阻隔实验装置的操作方法，其特征在于：
步骤一：设计突水阻隔试验方案，包括突水压力，突水阻隔装置反应时间，试验采集参数；
步骤二：调试测试软件，标定和安装传感器，测试数据采集装置；
步骤三：安装突水阻隔装置在试验管道上；当采用气囊阻隔装置作为突水阻隔装置时，需要安装灾害诱发器、气囊、气囊支架、充气装置和充水装置，并进行调试；突水阻隔装置试验管道安装到两段监测段试验管道之间，并测试密封性；当采用防水门时，则将防水门及附属装置按设计要求安装在突水阻隔装置试验管道内；
步骤四：在试验管道内按照相似模拟材料试验配比制作模拟隔水岩柱，并在相似模拟材料中埋设渗流计、位移传感器、应力传感器，并将数据线连接到数据采集装置；
步骤五：安装聚集压力水水箱、模拟隔水岩柱试验管道、监测段试验管道、突水阻隔装置试验管道、回收水水箱，安装摄像仪器；
步骤六：按照设计要求向聚集压力水水箱充水，水压逐渐升高，同时采集试验数据，当聚集压力水的压力超过模拟隔水岩柱的承载极限时，模拟隔水岩柱破坏实现突水模拟；
步骤七：按照设计目的，分析突水阻隔装置前后传感器的数据及摄像获得的图像信息。
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