CN114675004A - 一种采动三维裂缝模拟板制备装置及突水溃砂模拟方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种采动三维裂缝模拟板制备装置及突水溃砂模拟方法，其中，采动三维裂缝模拟板制备装置包括：成型盒体，具有物料浇筑空间，以备容纳制备裂缝模拟板的物料；裂隙面成型机构，设于所述成型盒体上，以在所述物料成型时控制所述物料的顶面成型形状；其中，所述裂隙面成型机构具有成型面板和面板调节机构，所述成型面板具有成型端面，以备限定所述物料的顶面成型形状；所述面板调节机构与所述成型面板连接，通过调节所述成型面板的成型端面形状，以制备具有不同形状裂隙面的裂缝模拟板。本发明能够制备不同大小和不同裂隙面形状的裂缝模拟板，可用于模拟不同形状裂缝的溃砂实验。

Description

一种采动三维裂缝模拟板制备装置及突水溃砂模拟方法

技术领域

本申请属于煤矿突水溃砂灾害防治技术领域，具体而言涉及一种采动三维裂缝模拟板制备装置及突水溃砂模拟方法。

背景技术

煤矿开采会引起围岩应力的变化，导致上覆地层逐渐松动进而发生破坏，当岩石破坏产生的裂缝逐渐发育至接近或导通含水砂层时，会发生突水溃砂灾害，导致水砂混合流通过裂缝通道快速突涌，对工作面及设备造成破坏，危害煤矿安全生产并对矿工生命安全造成威胁。

在煤炭实际开采过程中，开采引发的覆岩裂缝的宽度、倾斜角度不一，并会有上行裂缝和下行裂缝的“V”和“Λ”等不同形状的裂缝出现，且裂隙面也不是规则且光滑的平面。然而，现有突水溃砂模拟装置采用两块形状规则、平行布置的类岩石板来构建待模拟的裂缝，裂缝为规则的矩形裂缝，裂隙面也为光滑平面，与实际基岩裂缝特征存在明显差异，不能模拟不同裂缝形态和角度对突水溃砂的影响。现有的浇筑类型的模具，成型的类岩石板的形状不能调节，尤其用于模拟裂隙面的面是固定的规则形状，同一套模具只能浇筑同一形态参裂隙面的类岩石板。如果制备多个不同起伏裂隙面的类岩石板，则需要利用多个成型模具分别制备，不仅耗时久，而且成本高。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种采动三维裂缝模拟板制备装置及突水溃砂模拟方法，用以解决现有技术中存在的上述问题。

本发明的目的是这样实现的：

一种采动三维裂缝模拟板制备装置，包括：

成型盒体，具有物料浇筑空间，以备容纳制备裂缝模拟板的物料；

裂隙面成型机构，设于所述成型盒体上，以在所述物料成型时控制所述物料的顶面成型形状；

其中，所述裂隙面成型机构具有成型面板和面板调节机构，所述成型面板具有成型端面，以备限定所述物料的顶面成型形状；所述面板调节机构与所述成型面板连接，通过调节所述成型面板的成型端面形状，以制备具有不同形状裂隙面的裂缝模拟板。

进一步地，所述面板调节机构包括钢板和多个螺杆，所述钢板水平架空设于所述成型盒体的顶端，所述螺杆螺纹安装于所述钢板上，所述螺杆穿过所述钢板的一端与所述成型面板连接。

进一步地，所述成型面板包括橡胶板。

进一步地，所述成型面板设有多根支撑筋，所述支撑筋为条状结构，多根所述支撑筋平行布置；所述螺杆与所述成型面板的连接点位于所述支撑筋所在直线上；或者，所述螺杆与所述支撑筋连接。

进一步地，所述螺杆的第一端设有旋拧部，所述螺杆的第二端通过伞帽螺丝与所述成型面板连接；伞帽螺丝包括螺丝杆和设于螺丝杆端部的螺帽，螺丝杆与螺杆的第二端螺纹连接，所述螺帽位于所述橡胶板内。

进一步地，所述螺帽与所述螺丝杆转动连接。

进一步地，所述成型盒体包括盒底以及与所述盒底垂直设置的第一盒侧壁、第二盒侧壁、第三盒侧壁和第四盒侧壁；其中，第一盒侧壁与第二盒侧壁平行相对布置，第三盒侧壁与第四盒侧壁平行相对布置；所述成型盒体的浇筑物料空间内还活动设有调节挡板，所述调节挡板平行于所述第一盒侧壁和第二盒侧壁设置，且调节挡板与所述第三盒侧壁和第四盒侧壁的内壁滑动密封接触。

进一步地，成型盒体设有浆料充排管，所述浆料充排管与所述物料浇筑空间连通，以备向所述物料浇筑空间内供入或排出物料。

进一步地，调节挡板的下部设有通浆孔，通浆孔连接浆料充排管。

进一步地，裂隙面成型机构包括多个成型机构单元，多个成型机构单元拆卸拼接；所述钢板包括多个分段钢板，所述成型面板包括多个分段成型面板，所述成型机构单元包括上、下对应布置的一分段钢板和一分段成型面板。

进一步地，分段成型面板的第一端的侧端面上通长设有第一连接部，第二端的侧端面上通长设有第二连接部；所述第一连接部与所述第二连接部密封插接。

进一步地，所述第一连接部为凸出部，所述第二连接部为凹槽。

进一步地，所述伞冒螺丝的螺帽位于所述第一连接部与所述第二连接部连接处的上方。

进一步地，盒底上设有成型槽，以备放置转动机构，转动机构的一部分位于所述成型槽内，一部分位于所述物料浇筑空间内。

另一方面，提供一种突水溃砂模拟方法，包括如下步骤：

步骤S1：基于待模拟的基岩裂缝特征，利用上述的采动三维裂缝模拟板制备装置制备第一模拟板和第二模拟板；其中，第一模拟板具有第一裂缝面，第二模拟板具有第二裂缝面；

步骤S2：将第一模拟板、第二模拟板竖直装入采动裂缝突水溃砂模拟装置的试验箱内，调整第一裂缝面和第二裂缝面的相对位置、倾斜角度，构建待模拟的三维形态的基岩裂缝；在构建的基岩裂缝中充填砂颗粒，并对试验箱密封；向密封的试验箱内供入具有设定压力的水，开始溃砂模拟实验。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

a)本发明提供的采动三维裂缝模拟板制备装置，通过设置裂隙面成型机构控制裂缝模拟板的顶面形状，利用同一套模具就可以制备不同大小和不同裂隙面形状的裂缝模拟板，可用于模拟不同形状裂缝的溃砂实验。本发明的模拟板的制备效率高、成本低，克服了现有浇筑模具制备的模拟板的形状不能调节，无法利用同一套模浇筑不同形状、尺寸裂隙面的模拟板的缺陷。

b)本发明提供的突水溃砂模拟方法，在浇筑类岩石材料的裂缝模拟板时可以通过在裂缝表面预制不同起伏来模拟裂缝粗糙度，使裂缝模拟板的表面最大限度的接近实际裂隙面的粗糙度，获得的裂缝粗糙度对突水溃砂影响的模拟结果更为准确。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的采动三维裂缝模拟板制备装置的结构示意图；

图2为本发明提供的采动三维裂缝模拟板制备装置的剖面结构示意图；

图3为本发明提供的裂隙面成型机构的结构示意图一；

图4为本发明提供的裂隙面成型机构的结构示意图二；

图5为本发明提供的采动三维裂缝模拟板制备装置浇筑物料的局部结构示意图一；

图6为本发明提供的采动三维裂缝模拟板制备装置浇筑物料的局部结构示意图二；

图7(a)-(b)为利用本发明采动三维裂缝模拟板制备装置制备的两种不同凹凸程度的裂缝模拟板的结构示意图；

图8为本发明提供的采动裂缝突水溃砂模拟装置的结构示意图；

图9为本发明提供的采动裂缝突水溃砂模拟装置的箱体的结构示意图；

图10为本发明提供的采动裂缝突水溃砂模拟装置的转动机构的结构示意图。

附图标记：

100-成型盒体；101-第一盒侧壁；102-第二盒侧壁；103-第三盒侧壁；104-第四盒侧壁；105-盒底；

200-裂隙面成型机构；201-钢板；202-螺杆；203-成型面板；203a-第一连接部；203b-第二连接部；204-伞帽螺丝；

300-调节挡板；

400-浆料充排管；

500-物料；

600-箱体；601-底板；602-顶板；603-第三侧板；604-第四侧板；

700-裂缝模拟板；701-第一模拟板；7011-第一竖侧端面；702-第二模拟板；7021-第二竖侧端面；703-空隙；

800-控制机构；801-调节杆；802-操作部；803-转动机构；8031-连接板；8031a-插入段；8032-球铰接头；8032a-第一空间；8032b-连接杆；8032c-通孔；

900-供水组件。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为便于对本申请实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本申请实施例的限定。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。

实施例1

本发明的一个具体实施例，如图1至图4所示，公开了一种采动三维裂缝模拟板制备装置，包括：

成型盒体100，具有物料浇筑空间，以备容纳制备裂缝模拟板的物料500；

裂隙面成型机构200，设于所述成型盒体100上，以在所述物料500成型时控制所述物料500的顶面成型形状；

其中，所述裂隙面成型机构200具有成型面板203和面板调节机构，所述成型面板203具有成型端面，所述成型端面朝向所述物料浇筑空间，以备限定所述物料500的顶面成型形状；所述面板调节机构与所述成型面板203连接，通过调节所述成型面板203的成型端面形状，以制备具有不同形状裂隙面的裂缝模拟板。

由于所述成型面板203的成型端面可在所述面板调节机构的作用下具有多种形状，因此，在制备裂缝模拟板时，根据待模拟的基岩裂缝面的形状，利用面板调节机构调整成型面板203的成型端面形状，使成型面板203的形状与待模拟基岩裂缝面的形状相同或大体相同，在成型盒体100的物料浇筑空间内灌入物料500后，成型凝固过程中物料500的顶面始终与成型面板203的成型端面接触，物料500凝固后形成裂缝模拟板，再次调节面板调节机构使成型面板203与凝固的裂缝模拟板分离，从成型盒体100取出裂缝模拟板，完成模拟板的制备。

与现有技术相比，本实施例提供的采动三维裂缝模拟板制备装置，结构简单，操作灵活方便，通过设置裂隙面成型机构200控制裂缝模拟板的顶面形状(裂缝面形状)，利用本实施例的同一套模具就可以制备不同大小和不同裂隙面形状的裂缝模拟板，可用于模拟不同形状裂缝的溃砂实验。本实施例的模具，克服了现有浇筑模具制备的模拟板的形状不能调节，无法利用同一套模浇筑不同形状、尺寸裂隙面的模拟板的缺陷，导致制备效率低下、成本高昂。

本实施例中，裂隙面成型机构200拆卸设置在成型盒体100上。在其中一种可选实施方式中，所述面板调节机构包括钢板201和多个螺杆202，所述钢板201水平架空设于所述成型盒体100的顶端，所述钢板201上设有与所述螺杆202相适配的多个螺孔，所述螺杆202螺纹安装于所述钢板201上，所述螺杆202穿过所述钢板201的一端与所述成型面板203连接。

本实施例中，成型面板203的成型端面是一个可以变形的面，该成型端面可以用不透水的材料制成，而且可以变形，由于螺杆202密集布置，通过旋拧不同位置的螺杆202实现成型端面的形状调整，进而实现制备不同顶面形状的裂缝模拟板。

在其中一种可选实施方式中，所述成型面板203包括橡胶板。橡胶板具有一定柔性变形能力和硬度，不仅能够在螺杆202调节作用下变形，而且能够在物料500凝固成型过程中，成型端面的形状保持稳定。可选的，橡胶板的厚度为5-15cm。

在其中一种可选实施方式中，所述成型面板203设有多根支撑筋，所述支撑筋为条状结构，多根所述支撑筋平行布置，相邻两根支撑筋之间具有一定距离，例如，支撑筋可设置在橡胶板内；所述螺杆202与所述成型面板203的连接点位于所述支撑筋所在直线上；或者，所述螺杆202与所述支撑筋连接。可选的，支撑筋可以是整根，也可以分段设置，支撑筋可弹性变形，支撑筋能够在螺杆202的作用下发生微变形，有助于模拟板裂隙面的凹凸形状控制。

本实施例中，所述螺杆202的第一端设有旋拧部，便于手动旋拧操作。在螺杆202的第二端设置平板或弧形板，平板或弧形板埋设在橡胶板内，能够防止螺杆向下旋拧过程中顶破成型面板。

进一步的，所述螺杆202的第二端通过伞帽螺丝204与所述成型面板203连接；伞帽螺丝204包括螺丝杆和设于螺丝杆端部的螺帽，螺帽具有平面以及外凸圆弧面，螺帽的平面一端与螺丝杆连接，螺丝杆与螺杆202的第二端螺纹连接，所述螺帽位于所述橡胶板内。

为了防止成型面板203成型端面在凹凸变形处突然发生形变，本实施例中，螺帽与螺丝杆转动连接。可选的，螺帽与螺丝杆采用球铰连接方式。螺杆202的第一端设有旋拧部，螺杆202的第二端的端面上设有与螺杆202同轴设置的螺纹孔，螺纹孔与螺丝杆的外螺纹相适配，螺丝杆与螺杆202的第二端螺纹连接。由于螺帽与螺丝杆转动连接，当橡胶板在螺杆202的作用下发生形变时，螺帽可随橡胶板变形进行转动，使得橡胶板的变形是过渡的，而不是突然变形，进而保证裂缝模拟板顶面的形状的成型效果。

本实施例中，所述成型盒体100包括盒底105以及与所述盒底105垂直设置的第一盒侧壁101、第二盒侧壁102、第三盒侧壁103和第四盒侧壁104；其中，第一盒侧壁101与第二盒侧壁102平行相对布置，第三盒侧壁103与第四盒侧壁104平行相对布置；所述成型盒体100的浇筑物料空间内还活动设有调节挡板300，所述调节挡板300平行于所述第一盒侧壁101和第二盒侧壁102设置，且调节挡板300与所述第三盒侧壁103和第四盒侧壁104的内壁滑动密封接触。调节挡板300可以在成型盒体100内水平滑动，通过控制调节挡板300在成型盒体100内的不同位置，实现制作不同尺寸的裂缝模拟板。

在其中一种可选实施方式中，调节挡板300通过长度可调节的定位件固定在成型盒体100内。示例性的，定位件为长度调节杆，长度调节杆设置在调节挡板300与第一盒侧壁101之间，而调节挡板300与第二盒侧壁102之间的空间用于盛放物料。

在另一种可选实施方式中，调节挡板300通过定位件实现与第三盒侧壁103和第四盒侧壁104固定连接。示例性的，定位件为插杆，第三盒侧壁103和第四盒侧壁104的顶端面设置多个槽孔，多个槽孔沿着第三盒侧壁103或第四盒侧壁104的长度方向布置，且位于一条直线上，插杆装入槽孔后凸出第三盒侧壁103和第四盒侧壁104的顶端面，利用插杆将调节挡板300固定在指定位置。

本实施例中，成型盒体100设有浆料充排管400，所述浆料充排管400与所述物料浇筑空间连通，以备向所述物料浇筑空间内供入或排出物料。示例性的，所述浆料充排管400连接有三通管，通过三通管实现浆液的供入和排出。具体而言，三通管的第一口与注浆设备连接，三通管的第二口连接有排浆管，排浆管上设有排浆开关，三通管的第三口与所述浆料充排管400连接。

进一步的，调节挡板300的下部设有通浆孔，通浆孔连接浆料充排管400。通浆孔的布置位置位于调节挡板300的下部或者底部，以保证物料成型后形成的裂缝模拟板的厚度。

为了制备不通过尺寸的裂缝模拟板，本实施例的一个可选实施方式中，裂隙面成型机构200包括多个成型机构单元，多个成型机构单元拆卸拼接，每个成型机构单元与裂隙面成型机构200的结构本质上相同。具体而言，所述钢板201包括多个分段钢板，所述成型面板203包括多个分段成型面板，所述成型机构单元包括上、下对应布置的一分段钢板和一分段成型面板。

为了便于拼接，分段成型面板的第一端的侧端面上通长设有第一连接部203a，第二端的侧端面上通长设有第二连接部203b；所述第一连接部203a与所述第二连接部203b密封插接。可选的，所述第一连接部203a为凸出部，所述第二连接部203b为凹槽。多个分段成型面板可以拼接成一个更大尺寸的成型面板203，从而可实现不同尺寸模拟板的制备。

进一步的，如图4至图6所示，所述伞帽螺丝204的螺帽位于所述第一连接部203a与所述第二连接部203b连接处的上方。螺帽埋设在橡胶板内，并且位于凹槽的上方，当凸出部插入凹槽后，随着物料的灌入，物料会向成型面板203的成型端面施加向上的作用力，配合螺帽造成第一连接部203a与所述第二连接部203b连接处挤压，从而提升连接密封性，防止漏浆。

为了在裂缝模拟板上设置转动机构，以便通过控制机构调整裂缝模拟板在试验箱内的位置及倾斜角度，进而实现模拟基岩裂缝的空间形态调节，本实施例中，在盒底105上设有成型槽，以备在浇筑物料前放置转动机构803，转动机构803的一部分位于所述成型槽内，一部分位于所述物料浇筑空间内，使转动机构的至少一部分与浇筑物料凝固后形成的裂缝模拟板紧密结合。

进一步的，螺杆202的长度相同，且上面设有刻度，通过旋拧不同位置处的螺杆202，且通过旋拧圈数精确调节起伏程度，从而能够方便、快捷、准确的控制模拟板顶面的形状及凹凸起伏程度。

实施例2

本发明的又一具体实施例，公开了一种突水溃砂模拟方法，包括如下步骤：

步骤S1：基于待模拟的基岩裂缝特征，利用实施例1的采动三维裂缝模拟板制备装置制备第一模拟板701和第一模拟板702；其中，第一模拟板701具有第一裂缝面，第一模拟板702具有第二裂缝面；

步骤S2：将第一模拟板701、第一模拟板702竖直装入采动裂缝突水溃砂模拟装置的试验箱内，调整第一裂缝面和第二裂缝面的相对位置、倾斜角度，构建待模拟的三维形态的基岩裂缝；在构建的基岩裂缝中充填砂颗粒，并对试验箱密封；向密封的试验箱内供入具有设定压力的水，开始溃砂模拟实验。

步骤S1具体为：首先滑动调节挡板300至所需长度位置，并在其内侧以及成型盒体100的内壁和底壁涂抹脱模剂，将转动机构803放在成型盒体100的成型槽内，如图6所示，在浇筑物料空间中浇筑未凝固的物料500，物料500为岩石相似材料，根据所需裂缝模拟板的裂隙面不同粗糙度的起伏情况，调节调节板不同位置的螺杆202，带动橡胶板产生不同程度的起伏，以产生不同粗糙度的表面，图7(a)至图7(b)示出了两种不同凹凸程度的裂缝模拟板的结构。在此过程中，可以通过浆料充排管400向所述物料浇筑空间内供入或排出物料，以保证物料充足、及时排出多余物料及成型过程中所需压力。待浇筑的物料500自然凝结24小时后，拆除模具，将成型的裂缝模拟板放入水中养护10天以上，即可制备试验所需的裂缝模拟板。

在步骤S2中，使用的采动裂缝突水溃砂模拟装置，如图8至图9所示，包括箱体600、控制机构800和供水组件900，箱体600具有可视化的模拟空间，所述模拟空间内安装裂缝模拟板700，所述裂缝模拟板700具有第一模拟板701和第二模拟板702，第一模拟板701和第二模拟板702之间的空隙703用于模拟基岩裂缝，空隙703内充填有设计粒径的砂颗粒，且至少第一模拟板701和第二模拟板702中的一者为活动设置；控制机构800具有第一端和第二端，所述第一端位于所述箱体600内，并与活动设置的所述第一模拟板701和/或第二模拟板702连接，所述第二端位于所述箱体600外，以备通过第二端调节所述第一模拟板701与第二模拟板702之间所述空隙703的几何参数，实现待模拟裂缝的三维形态的调节；供水组件900设于所述箱体600的顶板上，以备向所述箱体600的模拟空间内注入设定压力的水，并在模拟过程中根据需要调节控制两个裂缝模拟板之间空隙703内的水压。其中，空隙703的几何参数是指待模拟基岩裂缝的参数，反应待模拟裂缝的空间形态特征，包括：裂缝的宽度、产状等参数，其中产状可以理解为裂缝的倾斜角度。

本实施例中，所述箱体600为长方体结构，包括底板601、顶板602和四个侧板，顶板602可拆卸设置在侧板的顶端，且顶板602能够与侧板的顶端密封连接，底板601密封设于所述侧板的底端；其中，相对的第一侧板和第二侧板为透明板，如透明亚克力板，采用透明板实现箱体600的内部可视化，便于直观观察整个模拟过程。相对的第三侧板603和/或第四侧板604上设有安装孔，所述控制机构800的第一端通过所述安装孔伸入所述模拟空间内，与所述第一模拟板701或第二模拟板702连接。

由于在模拟过程中，第一模拟板701、第二模拟板702的两侧竖侧端面需要与第一侧板和第二侧板密封接触，防止漏砂颗粒，而且第一模拟板701、第二模拟板702中的至少一者可能会在模拟过程中发生移动，因此将所述透明板的内壁面设为平面，所述第一模拟板701和第二模拟板702均具有两个平行的竖侧端面，两个竖侧端面之间的距离等于两个透明板的内壁面之间的距离。具体而言，所述第一模拟板701的两侧具有平行的第一竖侧端面7011、第二模拟板702的两侧具有平行的第二竖侧端面7021，第一竖侧端面和第二竖侧端面均为平面，当第一模拟板701和第二模拟板702装入箱体600内后，第一竖侧端面7011、第二竖侧端面7021能够与所述透明板的内壁面滑动接触。第一模拟板701和第二模拟板702的底端与底板601的顶面为面接触或线接触，防止砂颗粒漏出，例如，第一模拟板701和第二模拟板702的底端面均为平面。

本实施例中，所述底板601上设有出砂口，所述出砂口与第一模拟板701与第二模拟板702之间的裂缝连通，发生突水溃砂时，溃出物从出砂口流出，溃出物包括砂颗粒和水；所述出砂口上设有能够打开和关闭的出砂门。

本实施例中，所述控制机构800包括调节杆801，所述调节杆801穿过第三侧板603或第四侧板604上的安装孔且能够沿所述安装孔的中心轴线直线往复移动；所述调节杆801的第一端与活动的所述第一模拟板701或第二模拟板702连接，所述调节杆801的第二端设有操作部802，操作部802位于箱体600的外部，以供操作者控制调节杆801的移动。进一步的，所述调节杆801为螺杆，所述安装孔为螺纹孔，所述螺杆与所述安装孔螺纹连接，调节杆801与侧板上安装孔采用螺纹连接，密封性好，所述调节杆801的操作部802为手摇轮，通过不同位置的手摇轮可以驱动调节杆801的水平移动，进而调整两块裂缝模拟板的空间位置微调节，实现各种裂缝形态的模拟，更容易控制。

为了通过调节裂缝模拟板的倾斜角度实现模拟裂缝的倾斜角度调节，所述调节杆801的第一端通过转动机构803与所述第一模拟板701或第二模拟板702转动连接。具体而言，如图10所示，所述转动机构803包括连接板8031以及设于连接板8031上的球铰接头8032，所述球铰接头8032与所述调节杆801的第一端连接。当调节杆801沿所述安装孔的中心轴线直线往复移动时，可以方便灵活的调节裂缝模拟板的倾斜角度、宽度，进而实现模拟裂缝的倾斜角度、宽度的调节，可实现“V”和“Λ”等不同形状的裂缝溃砂模拟。如果调节杆801与裂缝模拟板固定连接，连接处不能转动，则调节杆只能调节两个裂缝模拟板之间的距离，无法调节倾斜角度。

如图10所示，球铰接头8032包括球体以及与球体固定连接的连接杆8032b，所述球铰接头8032为中空结构，具有第一空间8032a，第一空间8032a内安装有水压传感器；所述调节杆801为中空结构，具有第二空间，第一空间8032a与第二空间连通；连接杆8032b与调节杆801螺纹连接，连接板8031的端面上凸出设有中空的插入段8031a，插入段8031a与第一空间8032a连通。球铰接头8032的球体为空心球，第一空间8032a包括空心球的内部空间，与空心球固定连接的连接杆8032b为中空结构，连接杆8032b的内部空间与空心球的内部空间连通；空心球上设有通孔8032c，通孔8032c的数量为多个，均匀布置在空心球上，以保证空心球转动过程中保证第一空间与裂缝模拟板上的所述通道始终连通，保证水压测试结果的稳定性、可靠性。两块模拟板之间的空隙703通过通道与所述第一空间8032a连通。水压传感器连接有传感器连接线，传感器连接线由第二空间引出至箱体600外，与应变检测仪连接，传感器连接线与第二空间的内壁密封连接，防止漏水。

进一步地，所述控制机构800的数量为多个，所述第一模拟板701和所述第二模拟板702均连接有多个控制机构800，且在纵向上分散布置。示例性的，箱体600的第三侧板603和第四侧板604上分别设有多个第一安装孔和第二安装孔，第一安装孔纵向上分散布置在第三侧板603上，第二安装孔纵向上分散布置在第四侧板604上。进一步的，多个第一控制机构与所述第一模拟板701连接的多个连接点不在同一条直线上；多个第二控制机构与所述第二模拟板702连接的多个连接点不在同一条直线上。通过将多个控制机构800纵向上分散布置，同时调节左右两侧相同高度处的控制机构来调整空隙703的宽度，通过调节同一侧不同位置的控制机构来调整该侧模拟板裂缝面的倾斜角度，以实现空隙703的倾斜角度调节，通过多个控制机构调节缝隙面的倾斜角度、宽度等更加灵活。

在步骤S1中，浇筑物料500前，先将水压传感器装在转动机构的第一空间内，再将装有水压传感器的转动机构放置在盒底105的成型槽内，连接杆8032b朝下放置，插入段8031a朝上设置，在插入段8031a内插入一个连通管，连通管为伸缩管，其长度可调节，连通管的一端装入插入段8031a内，另一端利用胶带封住，浇筑过程中连通管的胶带封住端与成型面板203的成型端面接触，模拟板成型后，将胶带取下或戳漏，连通管以及插入段8031a构成模拟板上的通道。

步骤S2中：将第一模拟板701和第二模拟板702装入箱体600内之后，将多个第一控制机构与第一模拟板701连接，多个第二控制机构与第二模拟板702连接；基于待模拟基岩裂缝发育特征，在箱体600的外部通过第一控制机构、第二控制机构控制第一模拟板701和第二模拟板702之间空隙703的几何参数；在第一模拟板701和第二模拟板702之间的空隙703内充填砂颗粒至预定高度；在第一模拟板701至第三侧板603之间的空间、第二模拟板702至第四侧板604之间的空间内充填融化的石蜡，以在石蜡凝固后封堵模拟板与箱体600内壁的空隙；盖上顶板602，将箱体600的内部模拟空间密封；启动供水组件900，向第一模拟板701和第二模拟板702之间的空隙703内供入水；打开应变检测仪开始监测；打开箱体600底板601上的出砂门，按照梯度增加水压，每一级水压保持T时间，若不发生突水溃砂，则加压至下一级水压，直至发生明显突水溃砂现象，溃出物经出砂口流入溃出物收集组件。

与现有技术相比，本实施例提供的采动引起裂缝内突水溃砂的模拟方法，利用采动三维裂缝模拟板制备装置制备不同裂隙面形状的模拟板，使裂缝模拟板的表面最大限度的接近实际裂隙面的粗糙度，获得的裂缝粗糙度对突水溃砂影响的模拟结果更为准确；而且所采用的采动裂缝突水溃砂模拟装置可以调节待模拟裂缝的空间三维形态，具体利用控制机构调节箱体内的裂缝模拟板的位置、倾斜状态，不仅能够在模拟之前最大限度还原实际基岩裂缝特征参数，而且还可实现在模拟过程中实时调节裂缝宽度、倾斜角度等参数，进而模拟溃砂过程中裂缝参数变化过程。

以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采动三维裂缝模拟板制备装置，其特征在于，包括：

成型盒体(100)，具有物料浇筑空间，以备容纳制备裂缝模拟板的物料(500)；

裂隙面成型机构(200)，设于所述成型盒体(100)上，以在所述物料(500)成型时控制所述物料(500)的顶面成型形状；

其中，所述裂隙面成型机构(200)具有成型面板(203)和面板调节机构，所述成型面板(203)具有成型端面，以备限定所述物料(500)的顶面成型形状；所述面板调节机构与所述成型面板(203)连接，通过调节所述成型面板(203)的成型端面形状，以制备具有不同形状裂隙面的裂缝模拟板。

2.根据权利要求1所述的采动三维裂缝模拟板制备装置，其特征在于，所述面板调节机构包括钢板(201)和多个螺杆(202)，所述钢板(201)水平架空设于所述成型盒体(100)的顶端，所述螺杆(202)螺纹安装于所述钢板(201)上，所述螺杆(202)穿过所述钢板(201)的一端与所述成型面板(203)连接。

3.根据权利要求2所述的采动三维裂缝模拟板制备装置，其特征在于，所述成型面板(203)包括橡胶板。

4.根据权利要求3所述的采动三维裂缝模拟板制备装置，其特征在于，所述成型面板(203)设有多根支撑筋，所述支撑筋为条状结构，多根所述支撑筋平行布置；

所述螺杆(202)与所述成型面板(203)的连接点位于所述支撑筋所在直线上；或者，所述螺杆(202)与所述支撑筋连接。

5.根据权利要求4所述的采动三维裂缝模拟板制备装置，其特征在于，所述螺杆(202)的第一端设有旋拧部，所述螺杆(202)的第二端通过伞帽螺丝(204)与所述成型面板(203)连接；

伞帽螺丝包括螺丝杆和设于螺丝杆端部的螺帽，螺丝杆与螺杆(202)的第二端螺纹连接，所述螺帽位于所述橡胶板内。

6.根据权利要求5所述的采动三维裂缝模拟板制备装置，其特征在于，所述螺帽与所述螺丝杆转动连接。

7.根据权利要求1至6任一项所述的采动三维裂缝模拟板制备装置，其特征在于，所述成型盒体(100)包括盒底(105)以及与所述盒底(105)垂直设置的第一盒侧壁(101)、第二盒侧壁(102)、第三盒侧壁(103)和第四盒侧壁(104)；其中，第一盒侧壁(101)与第二盒侧壁(102)平行相对布置，第三盒侧壁(103)与第四盒侧壁(104)平行相对布置；

所述成型盒体(100)的浇筑物料空间内还活动设有调节挡板(300)，所述调节挡板(300)平行于所述第一盒侧壁(101)和第二盒侧壁(102)设置，且调节挡板(300)与所述第三盒侧壁(103)和第四盒侧壁(104)的内壁滑动密封接触。

8.根据权利要求7所述的采动三维裂缝模拟板制备装置，其特征在于，成型盒体(100)设有浆料充排管(400)，所述浆料充排管(400)与所述物料浇筑空间连通，以备向所述物料浇筑空间内供入或排出物料。

9.根据权利要求8所述的采动三维裂缝模拟板制备装置，其特征在于，调节挡板(300)的下部设有通浆孔，通浆孔连接浆料充排管(400)。

10.一种突水溃砂模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：基于待模拟的基岩裂缝特征，利用权利要求1至9任一项所述的采动三维裂缝模拟板制备装置制备第一模拟板(701)和第二模拟板(702)；其中，第一模拟板(701)具有第一裂缝面，第二模拟板(702)具有第二裂缝面；

步骤S2：将第一模拟板(701)、第二模拟板(702)竖直装入采动裂缝突水溃砂模拟装置的试验箱内，调整第一裂缝面和第二裂缝面的相对位置、倾斜角度，构建待模拟的三维形态的基岩裂缝；在构建的基岩裂缝中充填砂颗粒，并对试验箱密封；向密封的试验箱内供入具有设定压力的水，开始溃砂模拟实验。

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