CN214374770U - 承压水下开采流固耦合相似试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了承压水下开采流固耦合相似试验装置，其主要包括实验支架构件，相似模拟存放腔构件，承压水层构件，加载装置构件，玻璃挡板构件，监测系统构件及裂纹图像获取构件；通过相似材料铺设过程中在预定位置处安装应力，渗流监测传感器及含水层通道，通过不同竖向与横向加载模拟再现深部地应力下岩层的状态，开挖后通过分布式光纤技术及裂纹图像获取技术进行动态监测；该装置能真实再现深部岩层裂隙演化，模拟在固液耦合下岩层的受力状态及突水通道的形成，且有过程与方法简单和演化过程可视化程度高等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及物理模拟实验设备领域，具体说是承压水下开采流固耦合相似试验装置。
背景技术
随着我国经济发展的不断提升，煤炭需求量不断加大，开挖深度不断加深，随之而来一系列问题。其中，矿井突水问题愈发严重，矿井的高效安全生产无法得到保障，为进一步了解矿井突水渗水机理与原理，保障人员安全提高经济发展，现需利用物理模拟实验方式来进一步了解矿井突水渗水机理与原理。通过现有固液耦合相似模拟专利中发现，存在不能记录观察实验全过程，无法得到渗流裂隙发展规律；实验过程繁琐，需要大量人力物力财力；无法实现含水层在不同层位中的实验或实现过程繁琐等缺点。结合现有问题，本实用新型有效解决了上述问题，为解决矿井突水渗水机理与原理提供更有效的方案。
实用新型内容
本实用新型专利的目的是提供承压水下开采流固耦合相似试验装置；该装置在实验架内铺设相应比例的相似模拟材料，并在预定位置通过分布式光纤安装应力渗流传感器，通过应力加载及含水层内的承压水模拟岩层的稳定状态，通过裂纹图像获取技术记录观察裂隙渗流发展规律，为研究深部地下工程突水渗水机理提供新的实验方案与装置。本实用新型可有效模拟固液耦合情况下岩层的变化状态，并具有可视化程度高，实验过程简便，能便捷布置不同层位的承压水等优点。
本实用新型专利目的采用如下技术方案：
1.承压水下开采流固耦合相似试验装置，其特征在于：主要包括安装在该装置外骨架的实验架构件，用于支撑安装其他构件；安装在该装置内部的相似模拟存放腔构件，用于铺设相似模拟材料及监测传感器；安装在实验架横竖梁上的加载装置构件，用于施加不同情况应力；安装在承压台内的储水加压构件，用于提供模拟不同压力的承压水；安装在承压水层内的相似承压水岩层构件，可模拟再现深部承压水层状态；安装在实验架两侧的玻璃挡板构件，通过卡槽安装在两端的竖梁上，可实现实验过程的可视化；监测系统构件通过分布式光纤在铺设相似材料时将渗流应力传感器安装在预定地点，监测不同数据变化；裂纹图像获取构件通过摄像机记录标点的移动过程生成不同数据曲线；按照不同比例铺设不同的配比的相似模拟材料，在铺设中安装预定位置的应力渗流传感器，施加相应的应力加载及含水层水压，待其稳定后布标点开挖，通过裂纹图像获取构件记录数据变化；该装置具有可视化程度高，实验过程简便，可实现具有承压水的相似模拟实验。
2.优选的，本实用新型提供承压水下开采流固耦合相似试验装置，其特征在于：所述实验架构件为钢材质，由实验架横梁，实验架竖梁及承压台构成，通过焊接相互连接，用于支撑实验的各种构件；实验架横梁和竖梁中开孔通过焊接安装加载装置构件，为实验需要提供不同应力加载；承压台中安装储水加压装置，为实验需要提供不同承压水加载。
3.优选的，本实用新型提供承压水下开采流固耦合相似试验装置，其特征在于：所述相似模拟存放腔构件，由支撑横梁，支撑竖梁构成，通过焊接连接横竖两梁，用于固定相似模拟材料；支撑横梁和支撑竖梁中开孔用于固定支撑加载装置构件；支撑横竖梁中有输水管道，用于运输储水加压装置提供的高压水；在向相似模拟存放腔内侧，横竖梁上安装多个输水阀，用于提供在不同高度的含水层水源。
4.优选的，本实用新型提供承压水下开采流固耦合相似试验装置，其特征在于：所述加载装置构件，采用油压加载，主要包括油压泵，油压千斤顶，稳压器；所述油压泵为独立装置，同相似模拟装置配套使用；所述油压千斤顶，通过焊接安装固定在实验架横竖梁上和油压泵连接，通过支撑横竖梁支撑稳定，为相似模拟材料提供应力加载；所述稳压器，通过焊接安装在实验架横竖梁外侧，可提供不同稳定动静加载。
5.优选的，本实用新型提供承压水下开采流固耦合相似试验装置，其特征在于：所述储水加压构件，安装在承压台内部，在承压台右端有输水口，通过支撑横竖梁内的输水管道及疏水阀提供不同程度的高压水。
6.优选的，本实用新型提供承压水下开采流固耦合相似试验装置，其特征在于：所述玻璃挡板构件，用于观测实验过程，在支撑横梁前后端有多个工字钢槽，当相似模拟材料铺设完后采用轻型工字钢安装在支撑横梁上，待整体稳定后将轻型工字钢换成玻璃挡板。
7.优选的，本实用新型提供承压水下开采流固耦合相似试验装置，其特征在于：所述裂纹图像获取构件，通过动态摄像机记录相似模拟表面布置的标点移动来获取岩层移动等数据，使用数据处理软件形成相应数据曲线。
8.优选的，本实用新型提供承压水下开采流固耦合相似试验装置，其特征在于：所述应力渗流传感器，通过分布式光纤布置在预定岩层中，记录应力渗流数据变化。
9.优选的，本实用新型提供承压水下开采流固耦合相似试验装置，其特征在于：所述相似承压水岩层构件，外框架采用铝制金属，用于支撑上覆岩层；内部采用柔性材质储水构件，所述储水构件分为储水袋和渗水器，储水袋同相似承压水岩层构件外框架连接，可以无缝隙的接触上覆岩层传递压力，右侧安装有进水口，用于输送不同程度承压水；所述渗水器安装在储水袋底部，通过一层出水孔模拟岩层渗流，在储水袋和渗水器中间安装有控制阀，用于岩层稳定后控制出水孔开始模拟渗流进程。
有益效果
与现有技术相比，本实用新型有益效果是：
1.本实用新型承压水下开采流固耦合相似试验装置，具有可视化程度高，可直接观察记录实验全过程，为研究裂隙渗流发展规律提供更有效的方案。
2.本实用新型的相似承压水岩层构件，可以最大程度传递上覆岩层荷载和高承压水的可控调放。
3.本实用新型将水压装置与相似模拟装置一体化，并可便捷模拟不同层位的承压含水层。
4.本实用新型采用工字钢挡板取代传统挡板，可减少固定安装等工序，减少劳动力。
附图说明
图1是本实用新型主要构件示意图
图2是本实用新型整体系统分布图
图3是本实用新型支撑竖梁示意图
图4是本实用新型相似模拟材料表面标点示意图
图5是本实用新型含水层管道布置示意图
图中：1-加压器；2-支撑横梁；3-支撑竖梁；4-出水阀；5-相似模拟存放腔；6-含水层；7-支撑底座；8-油压控制器；9-实验架竖梁；10-稳压器；11- 相似模拟装置；12-动态摄像机；13-电脑；14-工字梁凹槽；15-输水管；16-支撑孔；17-加压板；18-相似模拟材料；19-标点；20-外框架；21-储水袋；22- 进水孔；23-控制阀；24-出水孔。
具体实施方式
为使本实用新型的特征和优点更加明显易懂，特下文举例，作详细说明如下：
在本实施例中，承压含水层在开挖煤层的上部岩层中实用。
承压水下开采流固耦合相似试验装置，参见图1至图5，本实用新型安装在该装置外骨架的实验架构件，用于支撑安装其他构件；安装在该装置内部的相似模拟存放腔构件，用于添加相似模拟材料及监测传感器；安装在实验架横竖梁上的加载装置构件，用于施加不同情况应力；安装在承压台内的储水加压构件，用于提供模拟不同压力的承压水；安装在实验架两侧的玻璃挡板构件，通过卡槽安装在两端的竖梁上，可实现实验过程的可视化；监测系统构件在铺设相似材料时安装在预定地点，监测不同数据变化；裂纹图像获取构件通过摄像机记录标点的移动过程生成不同数据曲线；按照不同比例铺设不同的配比的相似模拟材料，在铺设中安装预定位置的应力渗流传感器，密封施加相应的应力加载及含水层水压，待其稳定后布标点开挖，通过裂纹图像获取构件记录数据变化；如图2所示本实用新型主要包括相似模拟实验架，动态摄像机，电脑；在相似模拟存放腔内铺设同岩层相应比例的相似模拟材料，并在预定位置处安置应力渗流监测传感器，铺设含水层时将输水管按照图5所示布置，并连接出水阀，相似模拟材料铺设后，通过工字梁凹槽用轻型工字梁固定，待相似模拟材料整体稳定后，通过加压器施加相应不同比例的应力模拟深部地下地应力，同时打开出水阀，向含水层内输送相应比例的承压水，静置至稳定后，在相似模拟表面布置标点如图4所示，打开动态摄像机和电脑，对煤层进行开挖，并将轻型工字梁换成玻璃板。
以上所述仅为专利的具体实施方式，但本专利不仅仅局限于这一种实施方式，凡通过本专利的启发，依本专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。
Claims (8)
1.承压水下开采流固耦合相似试验装置，其特征在于：主要包括安装在该装置外骨架的实验架构件，用于支撑安装其他构件；安装在该装置内部的相似模拟存放腔构件，用于铺设相似模拟材料及监测传感器；安装在实验架横竖梁上的加载装置构件，用于施加不同情况应力；安装在承压台内的储水加压构件，用于提供模拟不同压力的承压水；安装在承压水层内的相似承压水岩层构件，可模拟再现深部承压水层状态；安装在实验架两侧的玻璃挡板构件，通过卡槽安装在两端的竖梁上，可实现实验过程的可视化；监测系统构件通过分布式光纤在铺设相似材料时将渗流应力传感器安装在预定地点，监测不同数据变化；裂纹图像获取构件通过摄像机记录标点的移动过程生成不同数据曲线；按照不同比例铺设不同的配比的相似模拟材料，在铺设中安装预定位置的应力渗流传感器，施加相应的应力加载及含水层水压，待其稳定后布标点开挖，通过裂纹图像获取构件记录数据变化。
2.根据权利要求1所述的承压水下开采流固耦合相似试验装置，其特征在于：所述实验架构件为钢材质，由实验架横梁，实验架竖梁及承压台构成，通过焊接相互连接，用于支撑实验的各种构件；实验架横梁和竖梁中开孔通过焊接安装加载装置构件，为实验需要提供不同应力加载；承压台中安装储水加压装置，为实验需要提供不同承压水加载。
3.根据权利要求1所述的承压水下开采流固耦合相似试验装置，其特征在于：所述相似模拟存放腔构件，由支撑横梁，支撑竖梁构成，通过焊接连接横竖两梁，用于固定相似模拟材料；支撑横梁和支撑竖梁中开孔用于固定支撑加载装置构件；支撑横竖梁中有输水管道，用于运输储水加压装置提供的高压水；在向相似模拟存放腔内侧，横竖梁上安装多个输水阀，用于提供在不同高度的含水层水源。
4.根据权利要求1所述的承压水下开采流固耦合相似试验装置，其特征在于：所述加载装置构件，采用油压加载，主要包括油压泵，油压千斤顶，稳压器；所述油压泵为独立装置，同相似模拟装置配套使用；所述油压千斤顶，通过焊接安装固定在实验架横竖梁上和油压泵连接，通过支撑横竖梁支撑稳定，为相似模拟材料提供应力加载；所述稳压器，通过焊接安装在实验架横竖梁外侧，可提供不同稳定动静加载。
5.根据权利要求1所述的承压水下开采流固耦合相似试验装置，其特征在于：所述储水加压构件，安装在承压台内部，在承压台右端有输水口，通过支撑横竖梁内的输水管道及疏水阀提供不同程度的高压水。
6.根据权利要求1所述的承压水下开采流固耦合相似试验装置，其特征在于：所述玻璃挡板构件，用于观测实验过程，在支撑横梁前后端有多个工字钢槽，当相似模拟材料铺设完后采用轻型工字钢安装在支撑横梁上，待整体稳定后将轻型工字钢换成玻璃挡板。
7.根据权利要求1所述的承压水下开采流固耦合相似试验装置，其特征在于：所述应力渗流传感器，通过分布式光纤布置在预定岩层中，记录应力渗流数据变化。
8.根据权利要求1所述的承压水下开采流固耦合相似试验装置，其特征在于：所述相似承压水岩层构件，外框架采用铝制金属，用于支撑上覆岩层；内部采用柔性材质储水构件，所述储水构件分为储水袋和渗水器，储水袋同相似承压水岩层构件外框架连接，可以无缝隙的接触上覆岩层传递压力，右侧安装有进水口，用于输送不同程度承压水；所述渗水器安装在储水袋底部，通过一层出水孔模拟岩层渗流，在储水袋和渗水器中间安装有控制阀，用于岩层稳定后控制出水孔开始模拟渗流进程。
Priority Applications (1)
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| CN202023348435.5U CN214374770U (zh) | 2020-12-31 | 2020-12-31 | 承压水下开采流固耦合相似试验装置 |
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Publications (1)
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| CN214374770U true CN214374770U (zh) | 2021-10-08 |
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ID=77952507
Family Applications (1)
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| CN202023348435.5U Active CN214374770U (zh) | 2020-12-31 | 2020-12-31 | 承压水下开采流固耦合相似试验装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN214374770U (zh) |
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2020
- 2020-12-31 CN CN202023348435.5U patent/CN214374770U/zh active Active
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