CN115343416A - 煤层采后动水注浆模拟装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种煤层采后动水注浆模拟装置及测试方法，所述装置包括：试验台；模型组件，设置在所述试验台上，包括箱体，内部由下至上依次设有底板层、煤层、隔水层、含水层和顶板层；注浆系统，包括注浆口，与所述箱体的侧壁连通；动水系统，包括进水口和出水口，所述进水口与所述箱体的侧壁连通，所述出水口与所述箱体上和所述进水口相对的侧壁连通；垂向加载系统，设置在所述试验台上；测试系统，包括传感器，设置在所述箱体内。本申请提供的煤层采后动水注浆模拟装置及测试方法，结构简单，操作简便，实现渗流‑应力耦合条件下注浆过程的可视化，更真实地模拟不同地质条件煤层采后动水注浆变化，为矿井采后注浆堵水水害防治提供参考基础。

Description

煤层采后动水注浆模拟装置及测试方法

技术领域

本申请涉及煤层开采注浆修复技术领域，尤其涉及一种煤层采后动水注浆模拟装置及测试方法。

背景技术

煤矿开采过程中不可避免地会对覆岩造成破坏，煤炭被开采后形成的采空区会导致上覆岩体失去支撑，在覆岩中会形成导水裂隙，导水裂隙的存在会连通煤层与含水层，导致突水现象。若能掌握地下水的运移与导水裂隙的发育规律，并对导水裂隙进行动水注浆治理，那么对于实现煤炭的安全开采以及地下水资源的保护都具有非常重要的意义和价值。现有的动水注浆模拟装置，不能真实地模拟实际注浆环境，例如不能实现在不同应力及地层条件下对导水裂隙进行注浆模拟，注浆效果参考性低。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提出一种煤层采后动水注浆模拟装置及测试方法用以解决上述技术问题。

本申请的第一方面，提供了一种煤层采后动水注浆模拟装置，包括：试验台；模型组件，设置在所述试验台上，包括箱体，所述箱体内部由下至上依次设有底板层、煤层、隔水层、含水层和顶板层；注浆系统，包括注浆口，所述注浆口与所述箱体的侧壁连通，位于所述隔水层与所述含水层之间，用于向所述隔水层注浆；动水系统，包括进水口和出水口，所述进水口与所述箱体的侧壁连通，位于所述注浆口上方，处于所述含水层顶部，用于向所述含水层注水；所述出水口与所述箱体上和所述进水口相对的侧壁连通，处于所述含水层底部，用于回收水和浆液；垂向加载系统，设置在所述试验台上，用于向所述顶板层施加垂向应力；测试系统，包括传感器，所述传感器设置在所述箱体内，用于采集所述模型组件的监测信号。

进一步地，所述试验台底部边角区设有伸缩支腿，顶部设有倾角指示器，所述伸缩支腿用于调节所述试验台的倾斜角度。

进一步地，所述箱体为透明的长方体结构，外部设有固定架，所述箱体的四个侧壁可拆卸连接。

进一步地，所述注浆系统还包括顺次连接的空气压缩机、储浆罐和压力调节阀，所述压力调节阀与所述注浆口连接。

进一步地，所述动水系统还包括顺次连接的水箱、水泵和流速调节阀，所述流速调节阀与所述进水口连接；所述出水口与回收罐连接。

进一步地，所述垂向加载系统包括：框架，设置在所述试验台上；液压缸，设置在所述框架下；压板，固定在所述液压缸底部，与所述顶板层抵接。

进一步地，所述传感器包括应力传感器、水压传感器和流速传感器，所述应力传感器设置在所述隔水层、所述含水层和所述顶板层内；所述水压传感器设置在所述隔水层和所述含水层内；所述流速传感器设置在所述隔水层和所述含水层内。

进一步地，所述测试系统还包括：数据采集仪，与所述传感器电连接；数据处理端，与所述数据采集仪电连接。

本申请的第二方面，提供了一种煤层采后动水注浆模拟测试方法，使用如上第一方面所述的煤层采后动水注浆模拟装置，所述测试方法包括：根据待测地水文地质条件搭建所述煤层采后动水注浆模拟装置；打开所述动水系统，获取所述模型组件的第一监测信号；打开所述箱体侧壁，分阶段开挖所述煤层，获取每一阶段所述模型组件的第二监测信号；响应于所述煤层的导水裂隙发育至所述含水层，关闭所述箱体侧壁，获取所述模型组件的第三监测信号；打开所述注浆系统，获取注浆后的所述模型组件的第四监测信号。

进一步地，所述根据待测地水文地质条件搭建所述煤层采后动水注浆模拟装置，包括：依据所述待测地水文地质条件确定所述模型组件各层的材料和厚度，在所述箱体内制作所述底板层、所述煤层、所述隔水层、所述含水层和所述顶板层；将所述模型组件静置24h，在所述隔水层、所述含水层和所述顶板层铺设所述传感器；依据所述待测地水文地质条件调节所述试验台的倾斜角度；依据所述待测地水文地质条件调节所述垂向加载系统的垂向应力值。

从上面所述可以看出，本申请提供了一种煤层采后动水注浆模拟装置及测试方法，通过设置试验台来承载模型组件，试验台可以改变倾角，模拟真实地质条件；通过在箱体内设置底板层、煤层、隔水层、含水层和顶板层，模拟真实地质条件，设置煤层可以分阶段挖掘模拟采空环境，隔水层、含水层和顶板层可以模拟导水裂隙发育，含水层可以模拟动水环境；设置注浆口与箱体侧壁连通，不需要将注浆管道垂直于地层进行注浆，平行于地层的注浆口提高了注浆模拟效果，避免垂直设置注浆管道加大对各个地层的破坏，影响注浆的稳定性，甚至在实验过程中发生坍塌现象；注浆口设置在隔水层和含水层之间，浆液通过注浆口可以流向隔水层的导水裂隙进行填补，模拟真实注浆效果；通过设置进水口与箱体侧壁连通，向含水层注水，真实环境下在导水裂隙发育至含水层时，一部分地下水会沿导水裂隙纵向流动，另一部分地下水会沿原有流道横向流动，设置平行于地层的进水口可以更真实地模拟地下水流动；注浆口和进水口位于同一侧，进水口流出的部分水也可以引导浆液流向导水裂隙，更真实的模拟浆液填补效果；通过设置出水口可以回收水和浆液，模拟真实地下水流动，防止模型组件内水和浆液积压；垂向加载系统设置在试验台上，可以随着试验台移动，垂向加载系统向顶板层施加垂向应力，能够真实模拟煤矿地下开采应力场，模拟地层深度等地质条件；通过设置传感器，可以监测各个地层状态变化，为监测分析地下水运移规律、采后导水裂隙带发育规律、注浆扩散特征和堵水效果提供基础；该煤层采后动水注浆模拟装置及测试方法，结构简单，操作简便，实现渗流-应力耦合条件下注浆过程的可视化，更真实地模拟不同地质条件煤层采后动水注浆变化，便于准确监测地下水运移规律、采后导水裂隙带发育规律、注浆扩散特征和堵水效果，为矿井采后注浆堵水水害防治提供参考基础。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关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申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的一种煤层采后动水注浆模拟装置的结构示意图；

图2为本申请实施例的模型组件的剖面示意图；

图3为本申请实施例的一种煤层采后动水注浆模拟测试方法的流程示意图。

附图标记：1、试验台；1-1、伸缩支腿；1-2、倾角指示器；

2、模型组件；2-1、箱体；2-2、底板层；2-3、煤层；2-4、隔水层；2-5、含水层；2-6、顶板层；2-7、固定架；2-8、采空区；2-9、导水裂隙；

3、注浆系统；3-1、注浆口；3-2、空气压缩机；3-3、储浆罐；3-4、压力调节阀；

4、动水系统；4-1、进水口；4-2、出水口；4-3、水箱；4-4、水泵；4-5、流速调节阀；4-6、回收罐；

5、垂向加载系统；5-1、框架；5-2、液压缸；5-3、压板；

6、测试系统；6-1、传感器；6-2、数据采集仪；6-3、数据处理端。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

煤矿开采过程中不可避免地会对覆岩造成破坏，煤炭被开采后形成的采空区会导致上覆岩体失去支撑，在覆岩中会形成导水裂隙，导水裂隙的存在会连通煤层与含水层，导致突水现象。若能掌握地下水的运移与导水裂隙的发育规律，并对导水裂隙进行动水注浆治理，那么对于实现煤炭的安全开采以及地下水资源的保护都具有非常重要的意义和价值。

现有的动水注浆模拟装置，不能实现在不同应力及地层条件下对导水裂隙进行注浆模拟，不能真实地模拟实际注浆环境，注浆效果参考性低；并且在真实现场环境注浆时，注浆管道是垂直于地层深入到导水裂隙的，浆液顺着注浆管道流到导水裂隙进行填补和固化，注浆管道的尺寸也不会破坏地层，所以现有的动水注浆模拟装置，在对导水裂隙进行注浆模拟时，多采用垂直于地层进行注浆，但在实现本申请的过程中发现，如果按照实际环境等比例缩放，注浆管道直径很细，会影响浆料在其中流动，甚至在浆料未流出管道前就已经发生固化，堵塞管道；通常需要将注浆管道直径设置粗一些，但因为注浆管道需要穿过不同地层直达导水裂隙，又会加大对地层的破坏，影响注浆的稳定性，甚至在实验过程中发生坍塌现象，模拟效果差。

以下，通过具体的实施例并结合图1至图3来详细说明本申请的技术方案。

本申请的一些实施例中提供了一种煤层采后动水注浆模拟装置，如图1和图2所示，包括：试验台1；模型组件2，设置在所述试验台1上，包括箱体2-1，所述箱体2-1内部由下至上依次设有底板层2-2、煤层2-3、隔水层2-4、含水层2-5和顶板层2-6；注浆系统3，包括注浆口3-1，所述注浆口3-1与所述箱体2-1的侧壁连通，位于所述隔水层2-4与所述含水层2-5之间，用于向所述隔水层2-4注浆；动水系统4，包括进水口4-1和出水口4-2，所述进水口4-1与所述箱体2-1的侧壁连通，位于所述注浆口3-1上方，处于所述含水层2-5顶部，用于向所述含水层2-5注水；所述出水口4-2与所述箱体2-1上和所述进水口4-1相对的侧壁连通，处于所述含水层2-5底部，用于回收水和浆液；垂向加载系统5，设置在所述试验台1上，用于向所述顶板层2-6施加垂向应力；测试系统6，包括传感器6-1，所述传感器6-1设置在所述箱体2-1内，用于采集所述模型组件2的监测信号。

通过设置试验台1来承载模型组件2，试验台1可以改变倾角，模拟真实地质条件。

箱体2-1材质例如为钢化玻璃或亚克力板等，具体不做限定，通过在箱体2-1内设置底板层2-2、煤层2-3、隔水层2-4、含水层2-5和顶板层2-6，模拟真实地质条件，设置煤层2-3可以进行分阶段挖掘模拟采空环境，设置隔水层2-4、含水层2-5和顶板层2-6可以模拟导水裂隙2-9发育，设置含水层2-5可以模拟动水环境；底板层2-2、煤层2-3、隔水层2-4、含水层2-5和顶板层2-6可以依据待测地水文地质条件确定各层的材料和厚度，例如材料为河砂、石蜡、凡士林、碳酸钙、重晶石粉或煤矿等按相应比例进行配制，厚度可以为5-30cm，具体不做限定。

设置注浆口3-1与箱体2-1侧壁连通，不需要再将注浆管道垂直于地层伸入隔水层2-4进行注浆，注浆口3-1的直径可以根据需求设置，例如为10-100mm，具体不做限定，平行于地层的注浆口3-1避免垂直设置注浆管道时加大对各个地层的破坏，影响注浆的稳定性，甚至在实验过程中发生坍塌现象，提高了注浆模拟效果；注浆口3-1设置在隔水层2-4和含水层2-5之间，浆液通过注浆口3-1可以流向隔水层2-4的导水裂隙2-9进行填补，模拟真实注浆效果。

通过设置进水口4-1与箱体2-1侧壁连通，可以向含水层2-5注水，真实环境下在导水裂隙2-9发育至含水层2-5时，一部分地下水会沿导水裂隙2-9纵向流动，另一部分地下水会沿原有流道横向流动，设置平行于地层的进水口4-1可以更真实地模拟地下水流动；注浆口3-1和进水口4-1位于同一侧，进水口4-1流出的部分水也可以引导浆液流向导水裂隙2-9，更真实的模拟浆液填补效果。

通过设置出水口4-2可以回收水和浆液，模拟真实地下水流动环境，防止模型组件2内水和浆液积压。

垂向加载系统5设置在试验台1上，可以随着试验台1移动，垂向加载系统5向顶板层2-6施加垂向应力，能够真实模拟煤矿地下开采应力场，模拟地层深度等地质条件。

通过设置传感器6-1，可以监测各个地层状态变化，为监测分析地下水运移规律、采后导水裂隙带发育规律、注浆扩散特征和堵水效果提供基础。

该煤层采后动水注浆模拟装置，结构简单，操作简便，实现渗流-应力耦合条件下注浆过程的可视化，更真实地模拟不同地质条件煤层2-3采后动水注浆变化，便于准确监测地下水运移规律、采后导水裂隙带发育规律、注浆扩散特征和堵水效果，为矿井采后注浆堵水水害防治提供参考基础。

在一些实施例中，如图1和图2所示，所述试验台1底部边角区设有伸缩支腿1-1，顶部设有倾角指示器1-2，所述伸缩支腿1-1用于调节所述试验台1的倾斜角度。

如图1所示设置有四个伸缩支腿1-1，伸缩支腿1-1和试验台1之间连接有万向接头，通过调节伸缩支腿1-1的高度可以调节试验台1的倾斜角度，倾斜角度例如为0-50°，具体不做限定，模拟近水平煤层至急倾斜煤层的地质条件；伸缩支腿1-1例如为电动液压支撑腿，具体不做限定，可以实现自动控制；设置倾角指示器1-2用于显示试验台1的倾斜方位和角度，便于模拟真实地质条件。

在一些实施例中，如图1和图2所示，所述箱体2-1为透明的长方体结构，外部设有固定架2-7，所述箱体2-1的四个侧壁可拆卸连接。

箱体2-1材质例如为钢化玻璃或透明亚克力板等，具体不做限定，方便观察各个地层变化情况，利于直观监测地下水运移情况、采后导水裂隙带发育情况、注浆扩散特征和堵水效果；箱体2-1上端开口，用于后续安装压板5-3；箱体2-1外部设有固定架2-7，用于固定箱体2-1侧壁；箱体2-1的四个侧壁可拆卸连接，例如插接或卡接，方便组装，也方便后续打开箱体2-1的一个侧壁进行煤层2-3挖掘，模拟采空环境。

在一些实施例中，如图1所示，所述注浆系统3还包括顺次连接的空气压缩机3-2、储浆罐3-3和压力调节阀3-4，所述压力调节阀3-4与所述注浆口3-1连接。

设置空气压缩机3-2用于将储浆罐3-3内的浆液打压进入注浆口3-1，设置压力调节阀3-4用于调节注浆压力，注浆压力例如为0-5MPa，具体不做限定，可以根据实际注浆环境进行调整。如图1所示注浆口3-1可以纵向设置多个，每个注浆口3-1设置有启闭阀，可以根据地层高度进行调整设置。

在一些实施例中，如图1所示，所述动水系统4还包括顺次连接的水箱4-3、水泵4-4和流速调节阀4-5，所述流速调节阀4-5与所述进水口4-1连接；所述出水口4-2与回收罐4-6连接。

设置水泵4-4用于将水箱4-3内的水输入到进水口4-1，设置流速调节阀4-5用于调节水流速，流速例如为0.5cm-5m/天，水压例如为2.0MPa，具体不做限定，可以根据实际地下水环境进行调整。如图1所示进水口4-1可以横向设置多个，每个进水口4-1设置有启闭阀，可以根据地下水流量和地下水流动区域进行设置。

回收罐4-6用于回收水和浆液，并可以进行实时的重量监测，通过其水流量和浆液的变化量，来部分反应注浆模拟效果。当煤层2-3开挖覆岩破坏后，含水层2-5的水会沿导水裂隙2-9向采空区2-8流入，形成漏斗区域，此时回收罐4-6的水量会减小；当注浆完成填补导水裂隙2-9后，回收罐4-6的水量和浆液量会增加。

在一些实施例中，如图1和图2所示，所述垂向加载系统5包括：框架5-1，设置在所述试验台1上；液压缸5-2，设置在所述框架5-1下；压板5-3，固定在所述液压缸5-2底部，与所述顶板层2-6抵接。

框架5-1设置在试验台1上，可以随试验台1移动，改变倾斜方位和角度；液压缸5-2固定在框架5-1下，垂直于顶板层2-6，这样在框架5-1随着试验台1移动时，液压缸5-2可以始终保持与顶板层2-6垂直，确保施加的应力为垂向应力；设置压板5-3与顶板层2-6抵接，通过驱动液压缸5-2可以向顶板层2-6施加垂向应力，垂向应力例如为0-20MPa，具体不做限定，模拟煤矿地下开采应力场，例如模拟地层深度等地质条件；如图1所示，液压缸5-2和压板5-3可以为多个，可以分区域对顶板层2-6施加不同的应力，更真实地模拟地质条件。

在一些实施例中，所述传感器6-1包括应力传感器6-1、水压传感器6-1和流速传感器6-1，所述应力传感器6-1设置在所述隔水层2-4、所述含水层2-5和所述顶板层2-6内；所述水压传感器6-1设置在所述隔水层2-4和所述含水层2-5内；所述流速传感器6-1设置在所述隔水层2-4和所述含水层2-5内。

应力传感器6-1型号例如为GPK30W，具体不做限定，传递应力信号，用于监测导水裂隙2-9发育情况；水压传感器6-1型号例如为RC9401，流速传感器6-1型号例如为LD-FLOW，具体不做限定，传递压力信号和流速信号，用于监测含水层2-5水运移规律和隔水层2-4注浆效果。

在一些实施例中，如图1所示，所述测试系统6还包括：数据采集仪6-2，与所述传感器6-1电连接；数据处理端6-3，与所述数据采集仪6-2电连接。

数据采集仪6-2型号例如为HC-100D，具体不做限定，用于汇集信号，进行信号转换等；数据处理端6-3例如为电脑，用于处理监测数据，分析地下水运移规律、采后导水裂隙带发育规律、注浆扩散特征和堵水效果。

本申请的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本申请限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本申请的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本申请从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本申请实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

基于同一发明构思，本申请还提供了一种煤层采后动水注浆模拟测试方法，如图3所示，使用如上任一实施例所述的煤层采后动水注浆模拟装置，所述方法包括以下步骤：

S1、根据待测地水文地质条件搭建所述煤层采后动水注浆模拟装置。

待测地水文地质条件例如包括地下水流速、压力，地层成分、深度或倾斜角度等，具体不做限定，根据待测地水文地质条件搭建模拟装置，用于后续测试使用。

S2、打开所述动水系统4，获取所述模型组件2的第一监测信号。

启动动水系统4，进水压力例如为2MPa，流速例如为2m/天，具体不做限定，可以根据待测地地下水情况进行调整，第一监测信号为煤层2-3开采前的初始监测信号，包括第一隔水层应力、第一含水层应力、第一顶板层应力、第一隔水层水压、第一隔水层流速、第一含水层水压或第一含水层流速等；此时第一隔水层水压和第一隔水层流速为0。

S3、打开所述箱体2-1侧壁，分阶段开挖所述煤层2-3，获取每一阶段所述模型组件2的第二监测信号。

模拟煤层2-3的分阶段开采过程，在煤层2-3内会形成采空区2-8，第二监测信号为煤层2-3挖掘过程中的监测信号，包括第二隔水层应力、第二含水层应力、第二顶板层应力、第二隔水层水压、第二隔水层流速、第二含水层水压或第二含水层流速等，通过与第一监测信号比较，可以分析煤层2-3开采过程中的地下水运移规律、导水裂隙带发育规律。

S4、响应于所述煤层2-3的导水裂隙2-9发育至所述含水层2-5，关闭所述箱体2-1侧壁，获取所述模型组件2的第三监测信号。

煤层2-3的导水裂隙2-9发育至含水层2-5，使得含水层2-5的水沿导水裂隙2-9流入煤层2-3采空区2-8，模拟煤层2-3采后突水过程，第三监测信号为煤层2-3采后的监测信号，包括第三隔水层应力、第三含水层应力、第三顶板层应力、第三隔水层水压、第三隔水层流速、第三含水层水压或第三含水层流速等，此时由于含水层2-5的水经过隔水层2-4进入煤层2-3，导致第三隔水层水压小于第二隔水层水压，第三含水层水压小于第一含水层水压，并且第三隔水层流速和第三含水层流速增大。

S5、打开所述注浆系统3，获取注浆后的所述模型组件2的第四监测信号。

启动注浆系统3，注浆压力例如为3MPa，具体不做限定，模拟注浆堵漏过程，第四监测信号为注浆后的监测信号，包括第四隔水层应力、第四含水层应力、第四顶板层应力、第四隔水层水压、第四隔水层流速、第四含水层水压或第四含水层流速等，此时浆液逐步填补导水裂隙2-9，含水层2-5的水向煤层2-3的流量减少，地下水流动逐渐恢复，导致第四隔水层水压和第四隔水层流速逐渐变小趋于0，第四含水层水压逐渐增加趋于稳定并大于第一含水层水压，第四含水层流速逐渐增加趋于稳定并小于第一含水层流速；注浆后水压或流速变化越快说明注浆效果越好。

在一些实施例中，步骤S1包括：

S101、依据所述待测地水文地质条件确定所述模型组件2各层的材料和厚度，在所述箱体2-1内制作所述底板层2-2、所述煤层2-3、所述隔水层2-4、所述含水层2-5和所述顶板层2-6。

底板层2-2、煤层2-3、隔水层2-4、含水层2-5和顶板层2-6可以依据待测地水文地质条件确定各层的材料和厚度，例如材料为河砂、石蜡、凡士林、碳酸钙、重晶石粉或煤矿等按相应比例进行配制，厚度可以为5-30cm，具体不做限定。

S102、将所述模型组件2静置24h，在所述隔水层2-4、所述含水层2-5和所述顶板层2-6铺设所述传感器6-1。

模型组件2静置24h使各地层结构成型稳定，在隔水层2-4、含水层2-5和顶板层2-6内设置应力传感器6-1，用于监测导水裂隙2-9发育情况；在隔水层2-4和含水层2-5内设置水压传感器6-1和流速传感器6-1，用于监测含水层2-5水运移规律和隔水层2-4注浆效果。

S103、依据所述待测地水文地质条件调节所述试验台1的倾斜角度。

调整伸缩支腿1-1改变试验台1倾斜角度，倾斜角度例如为0-50°，具体不做限定，模拟待测地地质条件。

S104、依据所述待测地水文地质条件调节所述垂向加载系统5的垂向应力值。

调整液压缸5-2向顶板层2-6施加垂向应力，垂向应力例如为0-20MPa，具体不做限定，模拟待测地地质条件。

需要说明的是，本实施例的方法可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本申请实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。

需要说明的是，上述对本申请的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本申请实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本申请实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本申请实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节以描述本申请的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本申请实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本申请的具体实施例对本申请进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。本申请实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、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)

1.一种煤层采后动水注浆模拟装置，其特征在于，包括：

试验台；

模型组件，设置在所述试验台上，包括箱体，所述箱体内部由下至上依次设有底板层、煤层、隔水层、含水层和顶板层；

注浆系统，包括注浆口，所述注浆口与所述箱体的侧壁连通，位于所述隔水层与所述含水层之间，用于向所述隔水层注浆；

动水系统，包括进水口和出水口，所述进水口与所述箱体的侧壁连通，位于所述注浆口上方，处于所述含水层顶部，用于向所述含水层注水；所述出水口与所述箱体上和所述进水口相对的侧壁连通，处于所述含水层底部，用于回收水和浆液；

垂向加载系统，设置在所述试验台上，用于向所述顶板层施加垂向应力；

测试系统，包括传感器，所述传感器设置在所述箱体内，用于采集所述模型组件的监测信号。

2.根据权利要求1所述的煤层采后动水注浆模拟装置，其特征在于，所述试验台底部边角区设有伸缩支腿，顶部设有倾角指示器，所述伸缩支腿用于调节所述试验台的倾斜角度。

3.根据权利要求1所述的煤层采后动水注浆模拟装置，其特征在于，所述箱体为透明的长方体结构，外部设有固定架，所述箱体的四个侧壁可拆卸连接。

4.根据权利要求1所述的煤层采后动水注浆模拟装置，其特征在于，所述注浆系统还包括顺次连接的空气压缩机、储浆罐和压力调节阀，所述压力调节阀与所述注浆口连接。

5.根据权利要求1所述的煤层采后动水注浆模拟装置，其特征在于，所述动水系统还包括顺次连接的水箱、水泵和流速调节阀，所述流速调节阀与所述进水口连接；所述出水口与回收罐连接。

6.根据权利要求1所述的煤层采后动水注浆模拟装置，其特征在于，所述垂向加载系统包括：

框架，设置在所述试验台上；

液压缸，设置在所述框架下；

压板，固定在所述液压缸底部，与所述顶板层抵接。

7.根据权利要求1所述的煤层采后动水注浆模拟装置，其特征在于，所述传感器包括应力传感器、水压传感器和流速传感器，所述应力传感器设置在所述隔水层、所述含水层和所述顶板层内；所述水压传感器设置在所述隔水层和所述含水层内；所述流速传感器设置在所述隔水层和所述含水层内。

8.根据权利要求1所述的煤层采后动水注浆模拟装置，其特征在于，所述测试系统还包括：

数据采集仪，与所述传感器电连接；

数据处理端，与所述数据采集仪电连接。

9.一种煤层采后动水注浆模拟测试方法，使用如权利要求1-8中任意一项所述的煤层采后动水注浆模拟装置，其特征在于，所述测试方法包括：

根据待测地水文地质条件搭建所述煤层采后动水注浆模拟装置；

打开所述动水系统，获取所述模型组件的第一监测信号；

打开所述箱体侧壁，分阶段开挖所述煤层，获取每一阶段所述模型组件的第二监测信号；

响应于所述煤层的导水裂隙发育至所述含水层，关闭所述箱体侧壁，获取所述模型组件的第三监测信号；

打开所述注浆系统，获取注浆后的所述模型组件的第四监测信号。

10.根据权利要求9所述的煤层采后动水注浆模拟测试方法，其特征在于，所述根据待测地水文地质条件搭建所述煤层采后动水注浆模拟装置，包括：

依据所述待测地水文地质条件确定所述模型组件各层的材料和厚度，在所述箱体内制作所述底板层、所述煤层、所述隔水层、所述含水层和所述顶板层；

将所述模型组件静置24h，在所述隔水层、所述含水层和所述顶板层铺设所述传感器；

依据所述待测地水文地质条件调节所述试验台的倾斜角度；

依据所述待测地水文地质条件调节所述垂向加载系统的垂向应力值。

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