CN208888099U - 一种模拟水砂运移对煤层开采地表沉陷影响的实验装置 - Google Patents

Abstract

一种模拟水砂运移对煤层开采地表沉陷影响的实验装置。注水装置，塑料管，两端带法兰的有机玻璃U型槽连接而成的主体模型，集水箱以及可调节角度底座支架组成。主体模型按照一定比例厚度分层平铺混凝土、细砂或者中砂、粘土来分别模拟基岩，砂层和粘土层来达到相似模拟的目的。然后连接好装置，通过控制注水装置对主体模型进行通水，设置不同的厚度的砂层和粘土层，通过底座支架在不同角度下观察注水过程中主体模型在不同角度下彩砂的位移情况，以及粘土层厚度变化情况。

Description

一种模拟水砂运移对煤层开采地表沉陷影响的实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种模拟水砂运移对煤层开采地表沉陷影响的实验装置，尤其适用于采矿工程领域中厚松散层厚度对地表沉陷影响研究的相似模拟。

背景技术

我国绝大多数煤矿在建设和生产中会遇到为保护建筑物、构筑物、水体及主要井巷等受护体的压煤问题和受护体影响下的开采问题，即覆岩沉陷控制与特殊条件下的采煤活动问题。其中平原地区的矿井受地面密集村庄、工厂等建筑物压煤影响十分普遍，对煤矿企业的生产严重制约；松散层是指地表多为第三系、第四系的松散含水土层松散层厚度一般达到80m以上称之为厚松散层。纵观我国煤矿企业分布格局，可以明显的发现，我国华北，华中及华东的许多地区，还有山西的霍尔辛赫煤矿多为厚松散层覆盖矿区。在厚松散层条件下开采，开采沉陷特征明显是不同于基岩覆盖地区。采深和松散层是影响矿区地表移动规律的重要因素。

由于地下工程的隐蔽性，如何探索厚松散层下开采引起地表沉陷移动规律比较复杂，如何探索厚松散层下开采地表沉陷规律变得尤为重要。因此，需要一种模拟水砂运移对煤层开采地表沉陷影响的实验装置，来掌握地表沉陷规律。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型的主要目的在于提供一种模拟水砂运移对煤层开采地表沉陷影响的实验装置，以探索流砂移动对地表沉陷的影响。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种模拟水砂运移对煤层开采地表沉陷影响的实验装置，采用有机玻璃加工两端带法兰的有机玻璃U型槽，通过橡胶垫片和螺栓与两个端盖组成主体模型。在主体模型内的一端放入滤纸，然后按照一定的厚度比例平铺混凝土，细砂或者中砂，粘土来模拟基岩、砂层、及粘土层来达到相似模拟的目的，并且在砂层垂直放入宽度5mm彩砂，通过观察彩砂位移情况可以直观了解到砂层的位移流动情况。主体模型在放入滤纸的端盖外侧连接塑料管作为出水管，另一端在端盖上连接塑料管作为注水管，注水管上连接注水装置，在端盖注水孔另一端连接直径8mm的塑料管延伸至主体模型内部，延伸至主体模型内部的塑料管均匀打孔来避免通水时水压集中造成的管涌现象。通过注水装置向主体模型内注水，水流通过主体模型的砂层再到出水管，出水管侧通过集水箱来收集的水。通过调整底座角度来控制主体模型角度，一种情况可以在出水口端盖不打开情况下抬高底座角度观察粘土层厚度变化情况；另一种情况下出水口端盖部分打开的情况下通过水流侵蚀作用流砂被水流带走情况模拟地表沉陷。试验结束时，取注水端和出水端的土样以及中间的土样，通过用液塑限测定仪测量土体液塑限以及用电热鼓风干燥箱测定粘土含水率。

本实用新型的有益效果是，试验操作简单易行，工程量小，试验效果直观，可用于教学演示。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型一种模拟水砂运移对煤层开采地表沉陷影响的实验装置进行描述和说明。

图1为一种模拟水砂运移对煤层开采地表沉陷影响的实验装置的主视图。

图2为本实用新型主体模型的示意图(俯视图)。

图3为本实用新型侧视图。

图中1.注水装置，2.塑料管，3.端盖，4.两端带法兰的有机玻璃U型槽，5.橡胶垫片，6.螺栓，7.加强筋，8.主体模型，9.集水箱，10.可调节角度底座，11.基岩(本实验装置所模拟)，12.砂层(本实验装置所模拟)，13.粘土层(本实验装置所模拟)14.注水孔或排水孔，15.保持水压孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步说明。

在图1中，两端带有法兰的有机玻璃U型槽(4)通过橡胶垫片(5)和螺栓(6)连接，使之形成主体模型(8)。在主体模型一侧加上端盖(3)，在主体模型(8)排水口端盖内侧放置滤纸，然后将混凝土、砂、粘土填入主体模型(8)内用以分别模拟岩层、砂层、土层。在滤纸所在端的另一端连接端盖(3)，将填满土体的主体模型(8)平放在可调节角度底座支架(10)上，使之保持平稳。主体模型(8)在滤纸所在端的另一端连接塑料管(2)作为注水管，注水管的连接注水装置(1)，用于给砂层通水。在滤纸端连接塑料管作为出水管，滤纸用于防止细颗粒流失，出水管段连接集水箱(9)，用于收集试验排出的水，通过调节可调节角度底座(10)调节主体模型角度，观察彩砂的位移情况以及基岩，砂层，粘土层变化情况。

一种模拟水砂运移对煤层开采地表沉陷影响的试验，方法是：

第一步试验设计。根据现场实际情况，确定模拟用的主体模型(8)的长度，确定模拟地层的岩层、细砂或者中砂及粘土层的厚度。

第二步装入模拟材料，连接装置各部分。在主体模型(8)内出水管侧放入滤纸，将混凝土、砂、粘土装入主体模型(8)中，混凝土在最下层、细砂或者中砂在在混凝土上层，粘土和筛好的砂土按照一定比例混合平铺在细砂或者中砂上层，在主题模型(8)中压实，并在主体模型中每隔20cm与砂层垂直放入厚度为5mm蓝色彩砂。主体模型(8)两端连接好端盖(3)平放在可调节角度的底座支架(10)上，使主体模型(8)保持平稳。按注水过程装置连接顺序依次为：注水装置(1)连接塑料管(2)作为注水管，注水管的连接带有端盖(3)的主体模型(8)、主体模型(8)另一端连接塑料管(2)作为出水管，出水管的另一端连接集水箱(9)。

第三步注水，通过端盖(3)上的黑红阀门调节水量的大小使水流慢慢渗入土体直至土体饱和后滴水，记下从通水到砂土吸水至饱和的时间，并在滴水后通过可调节角度的底座是主体模型(8)抬高角度，抬高的角度分别是5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°，观察并记录彩砂的位移情况，以及从开始抬高角度到彩砂停止位移的时间，并观察主体模型(8)粘土层厚度变化情况(一种情况可以在出水口端盖不打开情况下抬高底座角度观察粘土层厚度变化情况；另一种况下出水口端盖部分打开的情况下通过水流侵蚀作用流砂被水流带走情况模拟地表沉陷。)。试验结果后，取注水口、排水口和中间土体试样，用液塑限测定仪测量土体液塑限以及用电热鼓风干燥箱测定粘土试样含水率。重复上述过程，设置不同的砂层厚度以及粘土层厚度可以达到不同情况下厚松散层开采地表沉陷情况

第四步试验台整理。试验完成后，断开装置各个部分，拆下主体模型(8)，分类处理，方便下次使用。

Claims (3)

1.一种模拟水砂运移对煤层开采地表沉陷影响的实验装置，其特征在于：包括注水装置(1)，其通过塑料管(2)、端盖(3)连接主体模型(8)，端盖(3)中间留有孔作为注水口，主体模型(8)是由1个两端带法兰的有机玻璃U型槽通过橡胶垫片(5)和螺栓(6)以及两个端盖(3)连接而成，主体模型(8)在出水口对立侧紧贴端盖(3)位置放入滤纸，用以防止细小颗粒流失，主体模型(8)内装由下至上分层平铺装入混凝土，细砂或者中砂，粘土分别模拟基岩，砂层，粘土层，主体模型(8)放滤纸侧通过端盖(3)、塑料管(2)连接集水箱(9)，集水箱(9)用以收集出水口流出的水，通过底座调节主体模型倾斜角度模拟开采沉陷作用下的基岩，砂层，粘土层变化情况。

2.根据权利要求1所述的一种模拟水砂运移对煤层开采地表沉陷影响的实验装置，其特征在于：两端带有法兰的U型有机玻璃槽和两个端盖连接而成的主体模型，其长度根据与现场的相似比确定，可以达到相似模拟的目的。

3.根据权利要求1所述的一种模拟水砂运移对煤层开采地表沉陷影响的实验装置，其特征在于：混凝土，细砂或者中砂，粘土按照一定厚度比例装填，形成分层结构模拟基岩或粘土层，砂层，粘土层，一种情况可以在出水口端盖不打开情况下抬高底座角度观察粘土层厚度变化情况；另一种况下出水口端盖部分打开的情况下通过水流侵蚀作用流砂被水流带走情况模拟地表沉陷。