CN205562535U - 一种保水采煤相似模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种适用于保水采煤相似模拟试验装置。该装置包括二维相似模拟试验架、底板、煤层、上覆岩层、加载装置和水体监测装置。上覆岩层中设有含水层和隔水层，隔水层位于含水层的下部，隔水层底部设有水体监测装置。水体监测装置包括若干依次紧密排列的外包装层，发热层和温度传感器，发热层位于外包装层内，温度传感器位于发热层内部。外包装层为塑料袋，发热层为生石灰粉末，塑料袋的上表面设有多个均匀排布的通孔。本实用新型拆装简便、铺设方便，能清楚、直观、准确判断保水采煤覆岩中隔水层是否遭到破坏，为保水采煤提供较准确的信息，进而可以确定不同水文地质条件下不同保水采煤方法的合理可行性。

Description

一种保水采煤相似模拟实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种相似模拟试验装置，具体涉及一种适用于研究保水采煤的相似模拟实验装置。

背景技术

煤炭的大规模开采会造成地下含水层的极大破坏，带来地表和地下水资源的极大浪费。同时，水害给煤炭资源的开发利用造成了严重的经济损失和人员伤亡。保水采煤就是在煤层采动影响下，不破坏隔水层的结构；或虽有一定的损坏，但一定时间后仍可恢复，并可保证最低生态水位，从而选择合理采煤方法和工艺的开采技术，实现在煤炭资源安全高效开采的同时，最大限度的保护水资源。煤层开采不可避免的对煤层上覆岩层造成扰动，导致地表隔水层的稳定性严重破坏，进而导致水土流失，为保水采煤带来挑战。

研究隔水层的破坏稳定规律对保水采煤至关重要。利用实验室相似模拟实验是研究保水采煤覆岩破坏移动规律的有效重要途径。目前大多数研究保水采煤的物理相似模拟实验中，仅根据观察隔水层表面是否有裂隙判断隔水层是否遭到破坏，这样的方法难以准确得出覆岩中隔水层的破坏稳定规律。因此，有必要设计一种新型的模拟装置，以解决现有技术无法准确判定保水采煤过程隔水层破坏稳定规律的缺陷。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型拆装简便、铺设物理模型方便，能准确判断保水采煤覆岩中隔水层是否遭到破坏，为保水采煤提供较准确的信息，进而可以确定不同水文地质条件下不同保水采煤方法的合理可行性。

本实用新型通过下述技术方案来实现：

一种保水采煤相似模拟实验装置，包括二维相似模拟试验架、底板、煤层、上覆岩层、加载装置和水体监测装置。上覆岩层中设有含水层和隔水层，隔水层位于含水层的下部，隔水层底部设有水体监测装置。水体监测装置包括若干依次紧密排列的外包装层，发热层和温度传感器，发热层位于外包装层内，温度传感器位于发热层内部。外包装层为塑料袋，发热层为生石灰粉末，塑料袋的上表面设有多个均匀排布的通孔。上述的塑料袋呈正方体。当进行保水采煤相似模拟试验时，煤层被开挖后，采空区上覆岩层变形破坏下沉，若导致隔水层变形破坏产生裂隙，含水层中的水体会沿着覆岩裂隙流入隔水层底部的水体监测装置中，通过通孔使得塑料袋中生石灰遇水产生热量，此时位于塑料袋中的温度传感器显示温度的变化，这样实验员可以清楚判断含水层是否遭到破坏。

进一步，上述的二维相似模拟试验架包括底座、左立柱、右立柱、前挡板和后挡板；左立柱、右立柱分别竖直固定连接在底座两端；左立柱、右立柱之间为相互平行；前挡板和后挡板均与两立柱可拆卸活动连接。

进一步，上述的水体监测装置呈矩形体，其长度和宽度与二维相似模拟试验架的底座的长度和宽度相等，高度为1~3cm。

上覆岩层中有应力传感器、湿度传感器和位移传感器，应力传感器、湿度传感器、位移传感器、温度传感器通过导线与数据采集仪和计算机连接。

本实用新型与现有技术相比有以下优点：

(a) 该模拟装置拆装简便，铺设物理模型方便；

(b) 相对于现有技术，本实用新型能够模拟和判断采用不同开采方式煤层被开挖后隔水层的破坏变化情况，能准确得出保水采煤覆岩中隔水层的破坏稳定规律。该装置通过在隔水层底部设置含有生石灰和温度传感器的水体监测装置，当隔水层破坏产生裂隙后，利用水体通过隔水层中裂隙进入水体监测装置后可以让生石灰遇水产生热量，温度传感器可以直观显示温度变化，进而判断隔水层是否遭到破坏。该装置能够为保水采煤提供较准确的信息，进而可以确定不同水文地质条件下保水采煤方法的合理可行性。

附图说明

附图1是本实用新型的一种保水采煤相似模拟实验装置的结构示意图；

附图2是本实用新型中水体监测装置的的立体结构示意图；

附图3是本实用新型中水体监测装置的俯视示意图；

图中：1-二维相似模拟试验架；2-底板；3-煤层；4-上覆岩层；5-加载装置；6-含水层；7-隔水层；8-水体监测装置；81-塑料袋；82-温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作更进一步的说明，以便本领域内的技术人员了解本实用新型。

一种保水采煤相似模拟实验装置，包括二维相似模拟试验架1、底板2、煤层3、上覆岩层4、加载装置5和水体监测装置8；上覆岩层4中设有含水层6和隔水层7；隔水层7位于含水层6的下部；隔水层7底部设有水体监测装置8。水体监测装置8包括若干依次紧密排列的外包装层，发热层和温度传感器，发热层位于外包装层内，温度传感器位于发热层内部。外包装层为塑料袋81，发热层为生石灰粉末，塑料袋81的上表面设有多个均匀排布的通孔。塑料袋81呈正方形体。

二维相似模拟试验架1包括底座、左立柱、右立柱、前挡板和后挡板；左立柱、右立柱分别竖直固定连接在底座两端；左立柱、右立柱之间为相互平行；前挡板和后挡板均与两立柱可拆卸活动连接。水体监测装置8呈矩形体，其长度和宽度与二维相似模拟试验架1的底座的长度和宽度相等，高度为1~3cm。上覆岩层4中有应力传感器、湿度传感器和位移传感器，应力传感器、湿度传感器、位移传感器、温度传感器82通过导线与数据采集仪和计算机连接。

在使用本实用新型进行保水采煤相似模拟试验时，根据实际采矿水文地质条件将底板2、煤层3、上覆岩层4、水体监测装置8、隔水层7、含水层6以及加压装置5从下往上依次叠设于二维相似模拟试验架1内。同时将监测应力传感器、位移传感器和湿度传感器埋置在上覆岩层相似材料中。煤层被开挖后，采空区上覆岩层变形破坏下沉，若导致隔水层7变形破坏产生裂隙，含水层6中的水体会沿着覆岩裂隙流入隔水层7底部的水体监测装置8中，通过通孔使得塑料袋81中生石灰遇水产生热量，此时位于塑料袋81中的温度传感器82显示温度的变化，这样实验员可以清楚判断含水层是否遭到破坏。同时利用埋置在上覆岩层4中的应力传感器、位移传感器和湿度传感器随时监测采场覆岩矿压、位移和湿度变化情况。

以上实施方式仅用以说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案；因此尽管本说明书参照上述的各个实施方式对本实用新型已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或者等同替换；而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种保水采煤相似模拟实验装置，包括二维相似模拟试验架（1）、底板（2）、煤层（3）、上覆岩层（4）、加载装置（5）和水体监测装置（8）；所述上覆岩层（4）中设有含水层（6）和隔水层（7）；所述隔水层（7）位于含水层（6）的下部，其特征在于，所述隔水层（7）底部设有水体监测装置（8）；所述水体监测装置（8）包括若干依次紧密排列的外包装层，发热层和温度传感器；所述的发热层位于外包装层内；所述的温度传感器位于发热层内部；所述的外包装层为塑料袋（81）；所述发热层为生石灰粉末；所述的塑料袋（81）的上表面设有多个均匀排布的通孔。

2.如权利要求1所述的一种保水采煤相似模拟实验装置，其特征在于，所述的二维相似模拟试验架（1）包括底座、左立柱、右立柱、前挡板和后挡板；左立柱、右立柱分别竖直固定连接在底座两端，左立柱、右立柱之间为相互平行。

3.如权利要求2所述的一种保水采煤相似模拟实验装置，其特征在于，所述前挡板和后挡板均与两立柱之间可拆卸活动连接。

4.如权利要求3所述的一种保水采煤相似模拟实验装置，其特征在于，所述的水体监测装置（8）呈矩形体，其长度和宽度与二维相似模拟试验架（1）的底座的长度和宽度相等，高度为1~3cm。

5.如权利要求4所述的一种保水采煤相似模拟实验装置，其特征在于，所述的塑料袋（81）呈正方形体。

6.如权利要求5所述的一种保水采煤相似模拟实验装置，其特征在于，所述的上覆岩层（4）中有应力传感器、湿度传感器和位移传感器，应力传感器、湿度传感器、位移传感器、温度传感器（82）通过导线与数据采集仪和计算机连接。