CN115144563A - 断层活化诱发煤层覆岩离层突水三维相似模拟装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了采动作用下断层活化诱发煤层覆岩离层突水三维相似模拟装置，通过采用木块的尺寸模拟煤层尺寸，并设置在底部滑动支撑系统上，抽拉滑动支撑轴取出木块模拟煤层开采，克服三维相似模拟实验煤层开采困难的问题；模拟岩层外设置负荷随深度和水平方向变化的加载系统，模拟水平方向的地应力对离层发育和断层活化的影响；在模拟岩层的层间增设与水平密封塑料薄膜袋交叉贯通的倾斜密封塑料薄膜袋，通过流入和流出密封塑料薄膜内水的流量变化及微型土压力盒的数据变化分析覆岩离层发育规律及断层活化规律，按照实际比例从而研究实际离层充水及离层水沿断层发生突水灾害的物理过程，实现突水灾害预测。

Description

断层活化诱发煤层覆岩离层突水三维相似模拟装置及方法

技术领域

本发明涉及地下工程技术领域，涉及采动作用下断层活化诱发煤层覆岩离层突水三维相似模拟装置及方法。

背景技术

现有的采动顶板覆岩运动规律相似模拟试验装置以二维相似模拟装置为主，其长和高远大于厚度，主要用于研究煤层回采后覆岩横截面的破坏和运动，二维相似模拟试验无法解决离层水和断层水从两侧面溢流的技术问题，二维相似模拟装置无法呈现离层的空间状态。

而三维相似模拟实验装置，可以用于研究的是覆岩整体的破断和变形，但是现有的三维相似模拟装置难以模拟煤层段段开采，较难模拟煤层的厚度和宽度，另外很难较好的模拟随深度逐渐变化的侧向地应力，也难以较好的实现断层活化诱发煤层覆岩离层突水相似模拟实验。

发明内容

本发明提出一种可以模拟采动作用下断层活化诱发层突水的三维相似模拟装置及方法，揭示煤层开采中断层活化诱发煤层覆岩离层的突水机理，预警覆岩离层突水灾害。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明装置主要包含模拟岩层围挡系统、底部滑动支撑系统、加载系统、离层相似模型、模拟断层活化诱发煤层覆岩离层突水系统、信号采集处理系统；

模拟岩层围挡系统用于离层相似模型的支撑。包括两个对称的回字钢底座支撑，回字钢底座支撑用于整体支撑，增高底部煤层空间，便于放置滑动支撑系统。煤柱材料支撑放置在回字钢底座支撑上，煤柱材料支撑上设置有模拟岩层围挡支撑，煤柱材料支撑用于支撑模拟岩层，模拟岩层围挡支撑设置在模拟岩层四周。

在两个回字钢底座支撑之间设置有多个底部滑动支撑系统，底部滑动支撑系统上设置有滑轮，抽拉底部滑动支撑系统取出木块模拟煤层开采。

加载系统设置在模拟岩层围挡系统的四周，用于加载负荷，负荷随深度增加线性增大，从而模拟水平方向的地应力；加载系统通过液压系统进行加载，液压缸内设液压柱，液压柱作用在模拟岩层围挡上，从而对模拟岩层施加侧向压力。各液压缸的出油管和进油管汇入液压油总管，液压油总管连接液压泵，液压泵控制各液压柱的压力。

离层相似模型至少包括第一模拟岩层、第二模拟岩层、第三模拟岩层、第四模拟岩层、第五模拟岩层、第六模拟岩层；若需要模拟设置多层岩层，可调整模拟岩层的总层数。

在第一模拟岩层上方依次设置水平密封塑料薄膜袋、第三模拟岩层和第五模拟岩层，在第二模拟岩层上方依次设置第四模拟岩层、水平密封塑料薄膜袋和第六模拟岩层；每模拟岩层的中部或中下部均设置有微型土压力盒；倾斜密封塑料薄膜袋倾斜设置再左、右两侧的模拟岩层中间；倾斜密封塑料薄膜袋与两个平密封塑料薄膜袋均连通。

模拟岩层下设置有模拟待开采煤层的木块，木块设置在底部滑动支撑系统上，所述底部滑动支撑系统设置有滑轮，优先为橡胶滑轮，抽拉底部滑动支撑系统取出木块模拟煤层开采。

模拟断层活化诱发煤层覆岩离层突水系统包括量筒、开关阀，流量计，进水软管，进水口硬管和出水管；

水平密封塑料薄膜袋的进水口与进水口硬管结合处使用防水胶密封粘接，防止有水漏出；

倾斜密封塑料薄膜袋的出水口与出水管结合处使用防水胶密封粘接；出水管与量筒之间设有流量计和开关阀。

信号采集处理系统包括微型土压力盒，应变电阻仪器，计算机；微型土压力盒铺设在每层模拟岩层内部，微型土压力盒通过数据线连接应变电阻仪器，应变电阻仪器连接计算机，将测得的数据传输到计算机上。

煤层未开采时，水平密封塑料薄膜袋和倾斜密封塑料薄膜袋都处于压实状态，没有水流入，随着煤层开采的强度发生断层活化，进而诱发模拟岩层发生离层状态，量筒中的水流入水平密封塑料薄膜中，水平密封塑料薄膜中的水通过倾斜密封塑料薄膜袋流进出水管，进而流入量筒中，从而模拟离层充水及离层水沿断层发生突水灾害。

采用本装置进行模拟的具体步骤如下：

S1、分析实例水文地质资料，简化地层，确定模拟的比例，以及模拟岩层配比，准备模拟岩层；

称重后的材料放入搅拌机进行搅拌，搅拌均匀后放入相应的材料容器中，等待模型铺设；

优选的，第一模拟岩层、第三模拟岩层和第五模拟岩层的原料相同，可以采用细砂，滑石粉，高岭土，石膏，水泥，凡士林，硅油和水组成的相似材料进行模拟。

第二模拟岩层、第四模拟岩层和第六模拟岩层的原料相同，可以采用粗砂，细砂，滑石粉，高岭土，石膏，水泥，凡士林，硅油和水组成的相似材料进行模拟。

S2、将模拟煤层的木块依次并排放置在滑动支撑上部钢板上，模拟岩层围挡系统中央放置倾斜密封塑料薄膜袋，倾斜密封塑料薄膜袋下端出水口与出水管粘接；

S3、在倾斜塑料薄膜两侧设置倾斜的薄钢板，在薄钢板左侧模拟岩层围挡系统内铺设第一模拟岩层，薄钢板右侧铺设第二模拟岩层，铺设完成后，在其上表面撒上云母片粉末；

S4、在第一模拟岩层上方设置水平密封塑料薄膜袋，水平密封塑料薄膜袋右侧与倾斜密封塑料薄膜袋连通，水平密封塑料薄膜袋左侧与进水口硬管粘接，重新用两块倾斜设置的薄钢板将倾斜密封塑料薄膜袋夹持，然后在左侧模拟岩层围挡系统内铺设第三模拟岩层，右侧铺设第四模拟岩层，薄钢板的操作同S3，铺设完成后，撒上云母片粉末，抽出两个薄钢板；

S5、在第四模拟岩层上方设置水平密封塑料薄膜袋，该水平密封塑料薄膜袋一侧与倾斜密封塑料薄膜袋连通，一侧与进水口硬管连通；

重新用两块倾斜的薄钢板将倾斜密封塑料薄膜袋夹持，然后在左侧模拟岩层围挡系统内铺设第五模拟岩层，右侧铺设第六模拟岩层；

如果模拟岩层层数不满足要求，可在第五模拟岩层上设置水平密封塑料薄膜袋、第七模拟岩层和第九模拟岩层，在右侧铺设第八模拟岩层、水平密封塑料薄膜袋和第十模拟岩层，各水平密封塑料薄膜袋均与倾斜密封塑料薄膜袋连通，依次类推，直至获得所需模拟岩层层数。

S6、模型加载：待模型干燥后，横向和纵向加载装置系统对模拟岩层围挡进行加载，试验过程中四周随着深度增加而线性增大的侧向水平荷载保持恒定；

S7、模型开挖：根据模型相似比，确定每次开挖的尺寸大小，确定每次需要抽出底部滑动支撑的个数，抽出部滑动支撑系统取出木块模拟煤层开采，抽出部滑动支撑系统的同时用一个不带有木块的部滑动支撑系统从工作台的另一侧紧随着插入，煤层开采诱发断层活化，进而断层活化诱发覆岩离层突水；模拟煤层开挖期间，记录进水口和出水口的量筒中水量的变化；

S8、信号采集与处理：开采过程中，实时记录每一个微型土压力盒的数据，以及每个流量计的水流量的变化，并分析数据。

本发明所达到的有益效果是：

一、本发明增设了一层与水平密封塑料薄膜袋交叉贯通的倾斜密封塑料薄膜袋，发生断层活化后，水平密封塑料薄膜袋里的水会通过倾斜密封塑料薄膜袋的出水口流入到量筒，从而模拟离层充水及离层水沿断层发生突水灾害。

二、输油总管通过液压机控制液压的大小，加载时通过控制输油总管上的控制阀门控制不同深度各液压进油管的液压的大小，从而实现不同深度施加不同的侧向压力，模拟水平方向的地应力。

三、本发明采用并排木块模拟煤层进行开采，从而避免了实际试验中煤层开采模拟较困难，容易出现煤层不会掉落，回采宽度难控制，或部分掉落的问题；木块既可以很好的模拟煤层的厚度也可以方便模拟开采；木块的厚度和相似煤层的厚度与煤层的厚度成比例，煤层的厚度是从实地勘探测量出来的。木块的宽度是根据试验中模拟段段开采的宽度确定。

四、本发明通过将待开采的木块设置在底部滑动支撑系统上，可以方便的进行开采，抽拉底部滑动支撑系统即可实现开采。

通过本发明的装置可以真实再现断层活化诱发煤层覆岩离层突水的物理过程，方便认清突水灾害的特征，掌握离层突水的规律，也可以用于对突水灾害进行预警，可以掌握离层的三维几何状态、离层的预估水量；通过设置的微型土压力盒和出水口流量计测得流水速率记录的突变、异常的数据确定断层活化诱发煤层覆岩离层突水的运动情况和破坏程度，从而掌握离层覆岩的三维运动规律及断层活化特征，很好的解决了目前相似模拟装置煤层开采模拟困难，无法施加侧向地应力，或实现侧向地应力困难等难题。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的离层突水三维相似模拟试验平台装置示意图；

图2为纵向加载系统装置局部示意图；

图3为液压装置局部示意图；

图4为横向加载系统装置局部示意图；

图5为底部滑动支撑系统装置局部示意图；

图6为底部滑动支撑系统装置局部示意图；

图7为离层突水三维相似模拟试验过程三维示意图；

图8为离层突水三维相似模拟试验过程二维示意图；

图9为离层突水三维相似模拟试验密封塑料薄膜装置局部示意图；

图10为模拟岩层围挡右侧进水孔布置示意图；

图11为模拟岩层围挡左侧出水孔布置示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

本发明装置主要包含模拟岩层围挡系统1、底部滑动支撑系统2、纵向加载系统3、横向加载系统4、离层相似模型5、模拟断层活化诱发煤层覆岩离层突水系统6、信号采集处理系统7；

模拟岩层围挡系统1包括两个对称的回字型钢底座支撑1-1，煤柱材料支撑1-2放置在回字型钢底座支撑1-1上，煤柱材料支撑1-2上设置有模拟岩层围挡支撑1-3，回字型钢底座支撑1-1用于整体支撑，增高底部煤层空间，便于放置底部滑动支撑系统。煤柱材料支撑1-2用于支撑模拟岩层，模拟岩层围挡支撑1-3设置在模拟岩层四周。实现四周围压，在上下两层模拟岩层围挡支撑1-3之间设置有进水孔1-3a，在最底层的模拟岩层围挡支撑1-3上开设有出水孔1-3b。

在两个回字钢底座支撑1-1之间设置有25个底部滑动支撑系统2，底部滑动支撑2包括滑动支撑上部钢板2-1，滑动支撑竖向钢板2-2，滑动支撑下部钢板2-3，钢筋龙骨2-4，橡胶滑轮2-5，钢筋龙骨连接钢筋2-6，圆柱轴承2-7，橡胶滑轮外部支撑2-8；所述的滑动支撑上部钢板2-1通过滑动支撑竖向钢板2-2与滑动支撑下部钢板2-3焊接，滑动支撑下部钢板2-3通过钢筋龙骨连接钢筋2-6与钢筋龙骨2-4焊接，橡胶滑轮2-5中间穿设有滑轮钢筋2-9，滑轮钢筋2-9与橡胶滑轮2-5之间设置有圆柱轴承2-7，滑轮钢筋2-9一端通过橡胶滑轮外部支撑2-8与滑动支撑下部钢板2-3固定连接，另一端与钢筋龙骨2-4固定连接。橡胶滑轮2-5的数量根据需求进行设置。

纵向加载系统3包括长钢板支撑3-1，短钢板支撑3-2，液压进油管3-3，液压小进油管3-3a，液压出油管3-4，液压小出油管3-4a，液压油总管3-5，液压柱作用垫片3-6，液压柱固定凹型器3-7，液压柱3-8，液压缸3-9；

短钢板支撑3-2通过膨胀螺丝与地板连接，短钢板支撑3-2之间固定连接有若干个长钢板支撑3-1；长钢板支撑3-1上通过螺丝固定有多个液压缸3-9，液压缸3-9通过液压小出油管3-4a与液压出油管3-4连通，通过液压小进油管3-3a与液压进油管3-3连通，长钢板支撑3-1上开设有使液压小出油管3-4a和液压小进油管3-3a穿过的孔洞。

液压缸3-9内设有液压柱3-8，液压柱3-8通过液压柱固定凹型器3-7固定在垫片3-6内，液压柱固定凹型器3-7固定在垫片3-6上。垫片3-6作用于对纵向围挡1-3上，从而对模拟岩层施加侧向压力。

各液压出油管3-4和液压进油管3-3汇入液压油总管3-5，液压油总管3-5连接液压泵。

横向加载系统4包括有横向加载支撑4-1，挡板支撑固定口4-2，液压进油管3-3，液压小进油管3-3a，液压出油管3-4，液压小出油管3-4a，液压油总管3-5，液压柱3-8作用垫片3-6，液压缸3-9；螺丝通过挡板支撑固定口4-2将横向加载支撑4-1固定。

液压缸3-9通过液压小出油管3-4a与液压出油管3-4连通，通过液压小进油管3-3a与液压进油管3-3连通，横向加载支撑4-1上开设有使液压小出油管3-4a和液压小进油管3-3a穿过的孔洞。液压缸3-9内设有液压柱3-8，液压柱3-8通过液压柱固定凹型器3-7固定在垫片3-6内，液压柱固定凹型器3-7固定在垫片3-6上。垫片3-6作用于对横向围挡1-3上，从而对模拟岩层施加侧向压力。

离层相似模型5包括有第一模拟岩层5-1、第二模拟岩层5-2、第三模拟岩层5-3、第四模拟岩层5-4、第五模拟岩层5-5、第六模拟岩层5-6；

滑动支撑上部钢板2-1上铺设有木块，然后左侧铺设第一模拟岩层5-1，右侧铺设第二模拟岩层5-2，在第一模拟岩层5-1上方依次设置水平密封塑料薄膜袋6-6、第三模拟岩层5-3和第五模拟岩层5-5，在第二模拟岩层5-2上方依次设置第四模拟岩层5-4、水平密封塑料薄膜袋6-6和第六模拟岩层5-6；倾斜密封塑料薄膜袋6-8倾斜设置在左、右两侧的模拟岩层中间，右侧的第二模拟岩层5-2、第四模拟岩层5-4和第六模拟岩层5-6的高度均高于左侧的第一模拟岩层5-1、第三模拟岩层5-3和第五模拟岩层5-5的高度50cm左右，从而来模拟出断层的现象。

各模拟岩层铺设5-10cm左右时放入微型土压力盒7-1，型号可以为DP-HC-1204-土压力盒，

倾斜密封塑料薄膜袋6-8与两个水平密封塑料薄膜袋6-6均连通；

模拟断层活化诱发煤层覆岩离层突水系统6包括量筒6-1，开关阀6-2，流量计6-3，进水软管6-4，进水口硬管6-5和出水管6-10；

进水口硬管6-5与量筒6-1之间设有进水软管6-4，进水软管6-4上设有流量计6-3和开关阀6-2；

水平密封塑料薄膜袋6-6的进水口与进水口硬管6-5结合处使用防水胶密封粘接，防止有水漏出；

倾斜密封塑料薄膜袋6-8的出水口与出水管6-10结合处使用防水胶密封粘接；出水管6-10与量筒6-1之间设有流量计6-3和开关阀6-2。

水平密封塑料薄膜袋6-6和倾斜密封塑料薄膜袋6-8可采用PVA薄膜，连通处使用聚乙烯胶水粘接，水管与塑料薄膜袋的结合处也可以用聚乙烯胶水粘接，避免有水漏出。出水管6-10和进水口硬管6-5采用硬度较高的硬塑料胶管，材料为PVC管，内径为8mm，避免被压实导致通水效果差。进水软管6-4采用硅胶软管内径为8mm，硅胶软管可以套在硬塑料胶管上。

信号采集处理系统7包括微型土压力盒7-1，应变电阻仪器7-3，计算机7-4；微型土压力盒7-1等距铺设在每层模拟岩层内部，微型土压力盒7-1通过数据线7-2连接应变电阻仪器7-3，应变电阻仪器7-3连接计算机7-4，将测得的数据传输到计算机7-4上。

在本实施例中木块的宽度为50～100mm，厚度为相似比计算后煤层的厚度。如图5所示，滑动支撑上部钢板2-1、滑动支撑竖向钢板2-2和滑动支撑下部钢板2-3三者呈“II”形，支撑上部钢板2-1的宽度为50或100mm，厚度为10mm，长度为1500mm，高度为400mm；滑动支撑竖向钢板2-2个数为2个，宽度为5mm,长度为1500mm，滑动支撑下部钢板2-3宽度为50mm或100mm，滑轮钢筋2-9直径为5mm，橡胶滑轮的个数为30个，橡胶滑轮之间的间隔为200mm。

长钢板支撑3-1的宽度为10mm厚度为3mm开采方向长度为2500mm开采宽度为1500mm；垫片3-6直径为90mm，垫片与垫片间距为100mm，液压柱固定凹型器3-7的部件直径为65mm。

煤柱材料支撑1-2为“口型”钢板，厚度为10mm,板宽200mm,横向长度为2000mm,纵向长度为3000mm，与回字钢底座支撑1-1通过螺栓连接。回字钢底座支撑1-1厚度为10mm，宽度为400mm，高度为400mm,长度为2500mm。

采用本装置进行模拟的具体步骤如下：

S1、分析实例水文地质资料，简化地层，确定相似比，在本实施例中试验模拟和实际测量的按1：2进行。称重后的材料放入搅拌机进行搅拌，搅拌均匀后放入相应的材料容器中，等待模型铺设；

第一模拟岩层5-1、第三模拟岩层5-3、第五模拟岩层5-5的原料包括细砂，滑石粉，高岭土，石膏，水泥，凡士林，硅油和水，根据地质资料进行配置，

第二模拟岩层5-2、第四模拟岩层5-4、第六模拟岩层5-6的原料包括粗砂，细砂，滑石粉，高岭土，石膏，水泥，凡士林，硅油和水，进行配置。

S2、将模拟煤层的木块依次并排放置在滑动支撑上部钢板2-1上，模拟岩层围挡系统中央放置倾斜密封塑料薄膜袋6-8，倾斜密封塑料薄膜袋下端出水口6-9与出水管6-10粘接；

S3、在倾斜塑料薄膜两侧设置倾斜的薄钢板6-7，在薄钢板左侧模拟岩层围挡系统1内铺设第一模拟岩层5-1，薄钢板右侧铺设第二模拟岩层5-2，待第一模拟岩层5-1，右侧铺设第二模拟岩层5-2铺设完成后，在其上表面撒上云母片粉末，防止粘连，并且抽出两个薄钢板6-7；

S4、在第一模拟岩层5-1上方设置水平密封塑料薄膜袋6-6，水平密封塑料薄膜袋6-6右侧与倾斜密封塑料薄膜袋6-8连通，水平密封塑料薄膜袋左侧与进水口硬管粘接，重新用两块倾斜设置的薄钢板6-7将倾斜密封塑料薄膜袋6-8夹持，然后在左侧模拟岩层围挡系统内铺设第三模拟岩层5-3，右侧铺设第四模拟岩层5-4，铺设完成后，在其上表面撒上云母片粉末，防止粘连，并且抽出两个薄钢板6-7；

S5、在第四模拟岩层5-4上方设置水平密封塑料薄膜袋6-6，该水平密封塑料薄膜袋6-6左侧与倾斜密封塑料薄膜袋6-8连通，右侧与进水口硬管6-5连通；

重新用两块倾斜的薄钢板6-7将倾斜密封塑料薄膜袋6-8夹持，然后在左侧模拟岩层围挡系统1内铺设第五模拟岩层5-5，右侧铺设第六模拟岩层5-6；

S6、模型加载：待模型干燥后，横向和纵向加载装置系统对模拟岩层围挡进行加载，试验过程中四周随着深度增加而线性增大的侧向水平荷载保持恒定；

S7、模型开挖：根据模型相似比，确定每次开挖的尺寸大小，确定每次需要抽出底部滑动支撑的个数，抽出部滑动支撑系统取出木块模拟煤层开采，抽出部滑动支撑系统的同时用一个不带有木块的部滑动支撑系统从工作台的另一侧紧随着插入，煤层开采诱发断层活化，进而断层活化诱发覆岩离层突水；模拟煤层开挖期间，记录进水口和出水口的量筒中水量的变化；

S8、信号采集与处理：开采过程中，实时记录每一个微型土压力盒的数据，以及每个流量计的水流量的变化，并分析数据。

水平密封塑料薄膜袋6-6上可设置4～6个进水口硬管6-5，进水软管6-4通过围挡上的进水孔1-3a，进入围挡内，进水软管6-4套在进水口硬管6-5上，将进水口硬管6-5插入水平密封塑料薄膜袋6-6，接触部位采用绑结或者胶水粘接的方法密封。如果水平密封塑料薄膜袋6-6和进水孔1-3a不在同一水平方向上，进水软管6-4可根据铺设的实际情况设置成z字形。出水管6-10设置在围挡的另一侧，布置方法和进水管相同。

若是试验中需要设置有多层岩层，重复上述铺设方式即可，每铺设完成一层后进行压实；

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.断层活化诱发煤层覆岩离层突水三维相似模拟装置，其特征在于，包括模拟岩层，在模拟岩层之间错层设置有水平密封塑料薄膜袋，设置与水平密封塑料薄膜袋连通的倾斜密封塑料薄膜袋，倾斜密封塑料薄膜袋下端出水口与出水管连接，上方的水平密封塑料薄膜袋的入水口与进水管连通。

2.如权利要求1所述的断层活化诱发煤层覆岩离层突水三维相似模拟装置，其特征在于，模拟岩层下设置并排木块模拟待开采煤层；

3.如权利要求2所述的断层活化诱发煤层覆岩离层突水三维相似模拟装置，其特征在于，木块设置在底部滑动支撑系统之上，所述底部滑动支撑系统包括滑动支撑上部钢板、两个对称的滑动支撑竖向钢板和滑动支撑下部钢板和滑轮；

滑动支撑上部钢板通过滑动支撑竖向钢板与滑动支撑下部钢板焊接，滑动支撑下部钢通过钢筋龙骨连接钢筋与钢筋龙骨焊接，滑轮中间穿设有滑轮钢筋，滑轮钢筋一端通过滑轮外部支撑与滑动支撑下部钢板固定连接，另一端与钢筋龙骨焊接。

4.如权利要求2所述的断层活化诱发煤层覆岩离层突水三维相似模拟装置，其特征在于，木块铺设在滑动支撑上部钢板上，木块上铺设有模拟岩层，模拟岩层内设置有微型土压力盒，微型土压力盒连接应变电阻仪器和计算机，将测得的数据传输到计算机。

5.如权利要求4所述的断层活化诱发煤层覆岩离层突水三维相似模拟装置，其特征在于，模拟岩层和木块设置在模拟岩层围挡系统内，所述模拟岩层围挡系统包括两个对称的回字钢底座支撑，煤柱材料支撑放置在回字钢底座支撑上，煤柱材料支撑上设置有模拟岩层围挡支撑；

在两个回字钢底座支撑之间设置有多个底部滑动支撑系统。

6.如权利要求1所述的断层活化诱发煤层覆岩离层突水三维相似模拟装置，其特征在于，在模拟岩层围挡系统四周设置加载系统，加载系统的负荷随深度增加线性增大。

7.如权利要求6所述的断层活化诱发煤层覆岩离层突水三维相似模拟装置，其特征在于，加载系统包括液压缸，液压缸通过液压小出油管与液压出油管连通，通过液压小进油管与液压进油管连通；

各液压出油管和液压进油管汇入液压油总管，液压油总管连接液压泵；

液压缸内设有液压柱，液压柱用于对模拟岩层施加侧向压力，每个液压柱单独施加荷载，根据地质条件实现水平和竖直方向的地应力模拟。

8.如权利要求1所述的断层活化诱发煤层覆岩离层突水三维相似模拟装置，其特征在于，还包括有模拟断层活化诱发煤层覆岩离层突水系统，所述模拟断层活化诱发煤层覆岩离层突水系统包括量筒、开关阀、流量计、进水软管、进水口硬管和出水管；

进水口硬管与量筒之间设有进水软管，进水软管上设有流量计和开关阀；出水管与量筒之间设有流量计和开关阀。

9.采用权利要求1所述的断层活化诱发煤层覆岩离层突水三维相似模拟装置进行试验的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、分析实例水文地质资料，简化地层，确定模拟的比例，以及模拟岩层的相似材料的配比；

S2、将模拟煤层的木块依次并排放置在滑动支撑上部钢板上，模拟岩层围挡系统中央放置倾斜密封塑料薄膜袋，倾斜密封塑料薄膜袋下端出水口与出水管粘接；

S3、在倾斜塑料薄膜两侧设置倾斜的薄钢板，在薄钢板左侧模拟岩层围挡系统内铺设第一模拟岩层，薄钢板右侧铺设第二模拟岩层，铺设完成后，在其上表面撒上云母片粉末；

S4、在第一模拟岩层上方设置水平密封塑料薄膜袋，水平密封塑料薄膜袋右侧与倾斜密封塑料薄膜袋连通，水平密封塑料薄膜袋左侧与进水口硬管粘接，重新用两块倾斜设置的薄钢板将倾斜密封塑料薄膜袋夹持，然后在左侧模拟岩层围挡系统内铺设第三模拟岩层，右侧铺设第四模拟岩层，薄钢板的操作同S3，铺设完成后，撒上云母片粉末，抽出两个薄钢板；

S5、在第四模拟岩层上方设置水平密封塑料薄膜袋，该水平密封塑料薄膜袋一侧与倾斜密封塑料薄膜袋连通，一侧与进水口硬管连通；

重新用两块倾斜的薄钢板将倾斜密封塑料薄膜袋夹持，然后在左侧模拟岩层围挡系统内铺设第五模拟岩层，右侧铺设第六模拟岩层；

S6、模型加载：待模型干燥后，横向和纵向加载装置系统对模拟岩层围挡进行加载，试验过程中四周随着深度增加而线性增大的侧向水平荷载保持恒定；

S7、模型开挖：根据模型相似比，确定每次开挖的尺寸大小，确定每次需要抽出底部滑动支撑的个数，抽出部滑动支撑系统取出木块模拟煤层开采，抽出滑动支撑系统的同时用一个不带有木块的部滑动支撑系统从工作台的另一侧紧随着插入，煤层开采诱发断层活化，进而断层活化诱发覆岩离层突水；模拟煤层开挖期间，记录进水口和出水口的量筒中水量的变化；

S8、信号采集与处理：开采过程中，实时记录每一个微型土压力盒的数据，以及每个流量计的水流量的变化，并分析数据。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，S3中模拟岩层分段进行铺设，每铺设一定厚度的模拟岩层后将薄钢板上移，始终保持薄钢板下部处于模拟岩层内，铺设时将微型土压力盒铺设在各模拟岩层的中部或中下部。

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