CN108955825B - 一种底板突水模拟实验中的承压水水位测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种底板突水模拟实验中的承压水水位测量装置和方法。承压水水位测量装置，包括依次连接的承压水模拟管、保压管、取水管，承压水水位测量装置还包括储水管和超声波传感器；承压水模拟管为直径固定的薄壁软管，所述承压水模拟管竖直设置在底板突水模拟实验的模型中；保压管的管壁为刚性材料制成，保压管竖直设置，其底端设置水平管，水平管与承压水模拟管相连接，保压管顶端与取水管相连接；储水管顶端设置有超声波传感器，超声波传感器的感应头与储水管的水面垂直。本发明实验装置部署简单，成本低，也为研究承压水水位的变化规律及其相关问题提供了数据支持。

Description

一种底板突水模拟实验中的承压水水位测量装置及方法

技术领域

本发明涉及底板突水相似材料模拟实验的实验装备，尤其涉及一种底板突水模拟实验中的承压水水位测量装置及方法。

背景技术

相似材料模拟实验是采用与原理物理力学性质相似的材料，按一定的几何相似常数缩制成试验模型进行相应的目的的研究的一种试验方法，相比于传统结构模型试验更适用于矿山领域岩体突水的模型试验研究。采用这种方法模拟覆岩采动过程，研究其变形破坏规律可以节省大量的观测费用，而且结果更加直观，是进行承压水上开采相关研究的一大重要手段。在进行与承压水上开采有关的相似材料模拟实验时，为了得到承压水水位在不同开采条件和工作面推进不同距离时以及起来变量变化时所在的高度，现在大多采用定点打孔的方法，当出水口有水溢出时，则表明承压水此时到达该出水口的高度。这种方法由于受限于打孔的密度，只能采集数个承压水水位的数据，数据不足这就是限制了对承压水水位的变化规律及其相关问题的研究。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种底板突水模拟实验中的承压水水位测量装置。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种底板突水模拟实验中的承压水水位测量装置，包括依次连接的承压水模拟管、保压管、取水管和储水管，承压水水位测量装置还包括超声波传感器；

承压水模拟管为直径固定的薄壁软管，承压水模拟管竖直设置在底板突水模拟实验的模型中；

保压管的管壁为刚性材料制成，保压管竖直设置，保压管底端设置水平管，水平管与承压水模拟管相连接；保压管顶端与取水管相连接；

取水管为软管，所述储水管底部设有开口，取水管的一端与储水管底部的开口相连；

所述储水管顶端设置有超声波传感器，所述超声波传感器的感应头与储水管的水面垂直。

进一步地，承压水模拟管的底端水平穿出实验模型，并与保压管底端的水平管相连。

进一步地，保压管底端的水平管上设置有止水阀。

进一步地，承压水模拟管直径小于储水管直径。

进一步地，承压水模拟管直径为0.6mm，所述储水管直径为12mm。

进一步地，储水管直径与超声波传感器有效探测范围的直径相等。

进一步地，超声波传感器通过信号传输线与电脑相连。

进一步地，信号传输线通过USB接口连接在电脑上；电脑通过串口监控器接收并显示超声波传感器收集的数据。

基于上述承压水水位测量装置的承压水水位测量方法，包括：

在铺设底板突水相似性材料模拟实验的实验模型过程中，设置承压水模拟管；

当实验模型发生突水时，承压水模拟管产生负压，压力通过保压管和取水管，取水管从储水管吸水最终流入承压水模拟管；

通过超声波传感器采集的储水管中水位高度变化，计算承压水模拟管中的水位，即得到模拟承压水水位。

进一步地，所述承压水模拟管设置方法为：在承压水层顶部固定承压水模拟管的底端，随后保持承压水模拟管竖直状态并逐层铺设实验模型；承压水模拟管在模型铺设过程中管壁压实闭合。

本发明公开了一种在底板突水相似材料模拟实验过程中可模拟承压水水位上升，超声波传感器测量储水管水面位置可以换算得到连续的承压水上升高度的数据。本发明实验装置部署简单，成本低，也为研究承压水水位的变化规律及其相关问题提供了数据支持。

附图说明

图1、2均为本发明的承压水水位测量装置的结构及设置的示意图。

图中：1、承压水模拟管；2、保压管；3、取水管；4、储水管；5、超声波传感器；6、止水阀；7、实验模型；8、承压水层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1、2所示的一种底板突水模拟实验中的承压水水位测量装置，包括依次连接的承压水模拟管1、保压管2、取水管3，以及储水管4和超声波传感器5；

承压水模拟管1为直径固定的薄壁软管，直径为0.6mm，承压水模拟管1竖直设置在底板突水模拟实验的模型中；承压水模拟管1的底端水平穿出实验模型7，并与保压管2底端的水平管相连。

保压管2的管壁为刚性材料制成，所述保压管2竖直设置，其底端设置水平管，所述水平管上设置有止水阀，并与承压水模拟管1相连接，保压管2顶端与取水管3相连接。

取水管3为软管；储水管4底部设有开口，取水管3的一端与储水管4底部的开口相连；储水管4直径为12mm。

储水管顶端设置有超声波传感器5，所述超声波传感器5的感应头与储水管4的水面垂直；且超声波传感器5有效探测范围的直径与储水管4的直径相等。

超声波传感器5通过信号传输线连接在电脑的USB接口上；所述电脑通过串口监控器接收并显示超声波传感器5收集的数据。

上述承压水水位测量装置的承压水水位测量方法，包括：

在铺设底板突水相似性材料模拟实验的实验模型7过程中，设置承压水模拟管1；具体地，在承压水层8顶部固定承压水模拟管1的底端，随后保持承压水模拟管1竖直状态并逐层铺设实验模型7；承压水模拟管1在模型铺设过程中管壁压实闭合；

当实验模型7发生突水时，承压水模拟管1产生负压，压力通过保压管2和取水管3，取水管3从储水管4吸水最终流入承压水模拟管1；

承压水模拟管1中水位的上升使储水管4中的水位下降，超声波传感器5不断监测储水管4中的水面位置，利用管径和体积计算得到承压水上升的高度，计算承压水模拟管1中的水位，即得到模拟承压水水位。

上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种底板突水模拟实验中的承压水水位测量装置，其特征在于：包括依次连接的承压水模拟管(1)、保压管(2)、取水管(3)和储水管(4)，所述承压水水位测量装置还包括超声波传感器(5)；

所述承压水模拟管(1)为直径固定的薄壁软管，所述承压水模拟管(1)竖直设置在底板突水模拟实验的模型中；

所述保压管(2)的管壁为刚性材料制成，所述保压管(2)竖直设置，保压管(2)底端设置水平管，所述水平管与承压水模拟管(1)相连接；保压管(2)顶端与取水管(3)相连接；

所述取水管(3)为软管，所述储水管(4)底部设有开口，取水管(3)的一端与储水管(4)底部的开口相连；

所述储水管顶端设置有超声波传感器(5)，所述超声波传感器(5)的感应头与储水管(4)的水面垂直。

2.根据权利要求1所述承压水水位测量装置，其特征在于：所述承压水模拟管(1)的底端水平穿出实验模型，并与保压管(2)底端的水平管相连。

3.根据权利要求2所述承压水水位测量装置，其特征在于：所述保压管(2)底端的水平管上设置有止水阀(6)。

4.根据权利要求1所述承压水水位测量装置，其特征在于：所述承压水模拟管(1)直径小于储水管(4)直径。

5.根据权利要求4所述承压水水位测量装置，其特征在于：所述承压水模拟管(1)直径为0.6mm，所述储水管(4)直径为12mm。

6.根据权利要求5所述承压水水位测量装置，其特征在于：所述储水管(4)直径与超声波传感器(5)有效探测范围的直径相等。

7.根据权利要求1所述承压水水位测量装置，其特征在于：所述超声波传感器(5)通过信号传输线与电脑相连。

8.根据权利要求7所述承压水水位测量装置，其特征在于：所述信号传输线通过USB接口连接在电脑上；所述电脑通过串口监控器接收并显示超声波传感器(5)收集的数据。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述的承压水水位测量装置的承压水水位测量方法，其特征在于：包括：

在铺设底板突水相似性材料模拟实验的实验模型过程中，设置承压水模拟管；

当实验模型发生突水时，承压水模拟管产生负压，压力通过保压管和取水管，取水管从储水管吸水最终流入承压水模拟管；

通过超声波传感器采集的储水管中水位高度变化，计算承压水模拟管中的水位，即得到模拟承压水水位。

10.根据权利要求9所述的承压水水位测量方法，其特征在于：所述承压水模拟管设置方法为：在承压水层顶部固定承压水模拟管的底端，随后保持承压水模拟管竖直状态并逐层铺设实验模型；承压水模拟管在模型铺设过程中管壁压实闭合。