CN107389437B - 一种定量研究煤层底板突水的试验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种定量研究煤层底板突水的试验装置及方法。试验装置包括试验箱和数据采集检测系统，试验箱内部为圆柱形腔体，试验箱顶部连接压力机，顶部的顶板上设有孔，连接管设置在该孔上方，连接管另一端与集液瓶连接；试验箱的前端设有可视窗，可视窗与腔体通过螺栓连接；数据采集监测系统包括高速摄像机、应力应变片，依靠高速摄像机对试验过程进行拍摄，拍摄照片用来做后续的研究并留作实验数据的依据，应力应变片采集加载过程中应力变化信息。试验方法为：在试验箱上设置可视窗，可视窗上标有刻度，通过高速摄像机监控煤层底板的突水情况。本发明实现了定量化描述实验的目的，满足现阶段对煤层底板突水研究的高要求。

Description

一种定量研究煤层底板突水的试验装置及方法
技术领域
本发明涉及一种定量研究煤层底板突水试验装置及方法，属于煤层底板突水试验领域。
背景技术
现如今煤矿开采深度、开采强度、开采速度和开采规模不断增加和扩大，大多数煤矿早已进入深部开采，矿井受到的水的威胁也日益加大，煤层底板的水极容易进入矿井，造成严重的人员伤亡和经济损失。
为了对突水事故进行更好的预防，需要对底板突水过程中煤岩体结构破坏及演化过程进行研究。目前，国内外有很多有关煤层底板突水研究，研究所用的实验装置也有许多优秀的技术特点，有效地解决了很多技术问题，然而这些装置，虽然可以对煤层底板突水进行很好的模拟，但是不能在研究过程中观察到裂纹的演化过程，而只可以观察到底板突水的最终结果，并且只能对煤层底板突水进行定性化的研究，不能进一步做定量化的分析。
发明内容
本发明旨在提供一种定量研究煤层底板突水试验装置及方法，解决了不能可视化地观察到裂纹的详细的演化过程以及不能定量研究煤层底板突水的问题。
本发明提供了一种定量研究煤层底板突水试验装置，包括试验箱，试验箱内部为圆柱形腔体，试验箱顶部连接压力机，顶部的顶板上设有孔，连接管设置在该孔上方，连接管另一端与集液瓶连接；试验箱的前端设有可视窗，可视窗与腔体通过螺栓连接；数据采集监测系统包括高速摄像机、应力应变片，依靠高速摄像机对试验过程进行拍摄，拍摄照片用来做后续的研究并留作实验数据的依据，应力应变片采集加载过程中应力变化信息。
上述装置中，所述可视窗为钢化玻璃制成，可视窗上设有刻度线。
上述装置中，所述刻度线包括水平刻度线和竖直刻度线，水平刻度线设置在可视窗的底部，竖直刻度线与水平刻度线垂直设置且位于水平刻度线的中心线上。水平刻度线和竖直刻度线可以读取裂纹长度、宽度、间距、数量、以及水的位移。
上述装置中，所述可视窗与腔体壁连接处用O型圈密封。保证密封性，防止试验过程渗水
上述装置中，所述孔的直径为5mm，该孔可将突水导流入突水回收系统。
上述装置中，试验箱为高为100mm，直径为70mm的圆柱体，可视窗为90*70mm的长方形结构，可视窗的纵向刻度量程为0~100mm，横向刻度量程为0~50mm。
本发明提供了一种定量研究煤层底板突水试验方法，包括以下步骤：
1)在试验箱体顶部用Ø5mm钻头钻孔，使孔到达底板突水的最上部分；
2）在可视窗上标上刻度，纵向刻度量程为0~100mm，每小格代表2mm；横向刻度量程为0~50mm，每小格代表1mm；
3）在试验箱体侧面用线性切割机切割出一高80mm宽50mm的矩形，并用O型圈和螺栓对大小为90*70mm的可视窗进行连接、密封，防止可视窗边缘漏水；
4）将连接管的一端与模型腔体的开孔连接并密封，连接管的另一端伸入到收集容器中，从而使突水导入到集液瓶中；
5）将小型的高速摄像机放置在距试验装置相距50mm的地方，调整摄像头的位置，使摄像机能拍摄到整个底板突水系统。
本实验装置中，采用螺栓从外向里分别穿过可视窗、O型圈、腔体壁，从而使可视窗与腔体壁连接在一起；在腔体上端用钻头进行开孔，使孔口恰好能够接触到试样中的型煤，保证突水能通过孔经由连接管导入到集液瓶中。
本发明的有益效果：
（1）腔体壁侧面开可视窗，可以从可视窗观察到底板突水的详细过程；
（2）可视窗上有刻度，可以实现定量化描述实验的目的；
（3）腔体上端开孔，将突水导流入突水回收系统。
（4）结构简单，实现了可视化及定量化研究，满足现阶段对煤层底板突水研究的高要求。
附图说明
图1为本发明装置的正视结构示意图；
图2为图1的左视图（省略了集液瓶）。
图中：1-可视窗，2-O型圈，3腔体，4-螺栓，5-刻度线，6-孔，7-压力机，8-应力应变片，9-高速摄像机，10-连接管，11-集液瓶。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例：
如图1~2所示，一种定量研究煤层底板突水试验装置，包括试验箱，试验箱内部为圆柱形腔体3，试验箱顶部连接压力机7，顶部的顶板上设有孔6，连接管10设置在该孔上方，连接管10另一端与集液瓶11连接；试验箱的前端设有可视窗1，可视窗1与腔体3通过螺栓4连接；数据采集监测系统包括高速摄像机9、应力应变片8，依靠高速摄像机9对试验过程进行拍摄，拍摄照片用来做后续的研究并留作实验数据的依据，应力应变片8采集加载过程中应力变化信息。
上述装置中，所述可视窗1为钢化玻璃制成，可视窗1上设有刻度线5。
上述装置中，所述刻度线5包括水平刻度线和竖直刻度线，水平刻度线设置在可视窗1的底部，竖直刻度线与水平刻度线垂直设置且位于水平刻度线的中心线上。水平刻度线和竖直刻度线可以读取裂纹长度、宽度、间距、数量、以及水的位移。
上述装置中，所述可视窗1与腔体壁连接处用O型圈2密封。保证密封性，防止试验过程渗水
上述装置中，所述孔6的直径为5mm，该孔可将突水导流入突水回收系统。
上述装置中，试验箱为高为100mm，直径为70mm的圆柱体，可视窗1为90*70mm的长方形结构，可视窗的纵向刻度量程为0~100mm，横向刻度量程为0~50mm。
本发明提供了一种定量研究煤层底板突水试验方法，包括以下步骤：
1)在试验箱体顶部用Ø5mm钻头钻孔，使孔到达底板突水的最上部分；
2）在可视窗上标上刻度，纵向刻度量程为0~100mm，每小格代表2mm；横向刻度量程为0~50mm，每小格代表1mm；
3）在试验箱体侧面用线性切割机切割出一高80mm宽50mm的矩形，并用O型圈和螺栓对大小为90*70mm的可视窗进行连接、密封，防止可视窗边缘漏水；
4）将连接管的一端与模型腔体的开孔连接并密封，连接管的另一端伸入到收集容器中，从而使突水导入到集液瓶中；
5）将小型的高速摄像机放置在距试验装置相距50mm的地方，调整摄像头的位置，使摄像机能拍摄到整个底板突水系统。

Claims (4)

1.一种定量研究煤层底板突水试验装置，其特征在于：包括试验箱和数据采集检测系统，试验箱内部为圆柱形腔体，试验箱顶部连接压力机，顶部的顶板上设有孔，连接管设置在该孔上方，连接管另一端与集液瓶连接；试验箱的前端设有可视窗，可视窗与腔体通过螺栓连接；数据采集监测系统包括高速摄像机、应力应变片，依靠高速摄像机对试验过程进行拍摄，拍摄照片用来做后续的研究并留作实验数据的依据，应力应变片采集加载过程中应力变化信息；
所述可视窗为钢化玻璃制成，可视窗上设有刻度线；所述刻度线包括水平刻度线和竖直刻度线，水平刻度线设置在可视窗的底部，竖直刻度线与水平刻度线垂直设置且位于水平刻度线的中心线上；
采用上述装置定量研究煤层底板突水试验方法，包括以下步骤：
1)在试验箱体顶部用Ø5mm钻头钻孔，使孔到达底板突水的最上部分；
2）在可视窗上标上刻度；
3）在试验箱体侧面用线性切割机切割出一高80mm宽50mm的矩形，并用O型圈和螺栓对可视窗进行连接、密封，防止可视窗边缘漏水；
4）将连接管的一端与模型腔体的开孔连接并密封，连接管的另一端伸入到收集容器中，从而使突水导入到集液瓶中；
5）将小型的高速摄像机放置在距试验装置相距50mm的地方，调整摄像头的位置，使摄像机能拍摄到整个底板突水系统。
2.根据权利要求1所述的定量研究煤层底板突水试验装置，其特征在于：所述可视窗与腔体壁连接处用O型圈密封。
3.根据权利要求1所述的定量研究煤层底板突水试验装置，其特征在于：所述孔的直径为5mm。
4.根据权利要求1所述的定量研究煤层底板突水试验装置，其特征在于：试验箱为高为100mm，直径为70mm的圆柱体，可视窗为90*70mm的长方形结构，可视窗的纵向刻度量程为0~100mm，每小格代表2mm；横向刻度量程为0~50mm，每小格代表1mm。
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