近距煤層群保水開(kāi)采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種近距煤層群保水開(kāi)采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置包括二維相似模擬試驗(yàn)架、底板、上覆巖層、加載裝置、監(jiān)測(cè)裝置、位于底板上方的下煤層和位于上覆巖層下方的上煤層。上煤層和下煤層之間有間隔巖層。上覆巖層中有含水層和位于含水層下部的隔水層，隔水層底部設(shè)有顯色裝置。顯色裝置包括外包裝層和位于外包裝層內(nèi)的顯色層。外包裝層為塑料袋，顯色層為無(wú)水硫酸銅粉末。塑料袋為透明材質(zhì)，上表面有多個(gè)均勻排布的通孔。本實(shí)用新型拆裝簡(jiǎn)便、鋪設(shè)方便，能清楚、直觀、準(zhǔn)確判斷近距煤層群開(kāi)采隔水層的破壞穩(wěn)定規(guī)律，進(jìn)而可以確定不同水文地質(zhì)條件下不同的近距煤層群保水采煤方法的合理可行性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
近距煤層群保水開(kāi)采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，具體涉及一種適用于研究近距煤層群保水開(kāi)采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭的大規(guī)模開(kāi)采會(huì)造成地下含水層的極大破壞，帶來(lái)地表和地下水資源的極大浪費(fèi)。同時(shí)，水害給煤炭資源的開(kāi)發(fā)利用造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。保水采煤就是在煤層采動(dòng)影響下，不破壞隔水層的結(jié)構(gòu);或雖有一定的損壞，但一定時(shí)間后仍可恢復(fù)，并可保證最低生態(tài)水位，從而選擇合理采煤方法和工藝的開(kāi)采技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在煤炭資源安全高效開(kāi)采的同時(shí)，最大限度的保護(hù)水資源。近距煤層群的開(kāi)采不可避免的對(duì)煤層上覆巖層造成多次重復(fù)擾動(dòng)，導(dǎo)致地表隔水層的穩(wěn)定性嚴(yán)重破壞，進(jìn)而導(dǎo)致水土流失，為保水開(kāi)采帶來(lái)挑戰(zhàn)。
[0003]研究隔水層的破壞穩(wěn)定規(guī)律對(duì)保水開(kāi)采至關(guān)重要。利用實(shí)驗(yàn)室相似模擬實(shí)驗(yàn)是研究近距煤層群保水采煤覆巖破壞移動(dòng)規(guī)律的有效重要途徑。目前大多數(shù)研究保水開(kāi)采的物理相似模擬實(shí)驗(yàn)中，僅根據(jù)觀察隔水層表面是否有裂隙判斷隔水層是否遭到破壞，這樣的方法難以準(zhǔn)確得出覆巖中隔水層的破壞穩(wěn)定規(guī)律。因此，有必要設(shè)計(jì)一種新型的模擬裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法準(zhǔn)確判定近距煤層群保水開(kāi)采過(guò)程隔水層破壞穩(wěn)定規(guī)律的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種拆裝簡(jiǎn)便、鋪設(shè)物理模型方便，能準(zhǔn)確直觀模擬近距煤層群開(kāi)采覆巖中隔水層破壞穩(wěn)定情況的相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置能準(zhǔn)確得出近距煤層群開(kāi)采覆巖中隔水層的破壞穩(wěn)定規(guī)律，能夠?yàn)榻嗝簩尤罕Ｋ_(kāi)采提供較準(zhǔn)確的信息，進(jìn)而可以確定不同水文地質(zhì)條件下不同的近距煤層群保水采煤方法的合理可行性。
[0005]本實(shí)用新型通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0006]近距煤層群保水開(kāi)采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括二維相似模擬試驗(yàn)架、底板、上覆巖層、加載裝置、監(jiān)測(cè)裝置、位于底板上方的下煤層和位于上覆巖層下方的上煤層。上煤層和下煤層之間有間隔巖層。上覆巖層中設(shè)有含水層和隔水層，隔水層位于含水層的下部，隔水層底部設(shè)有顯色裝置。顯色裝置包括外包裝層和顯色層，顯色層位于外包裝層內(nèi)。外包裝層為塑料袋，顯色層為無(wú)水硫酸銅粉末。塑料袋的上表面設(shè)有多個(gè)均勻排布的通孔，塑料袋為透明材質(zhì)。
[0007]進(jìn)一步，上述的二維相似模擬試驗(yàn)架包括底座、左立柱、右立柱、前擋板和后擋板；左立柱、右立柱分別豎直固定連接在底座兩端；左立柱、右立柱之間為相互平行；前擋板和后擋板均與兩立柱可拆卸活動(dòng)連接。上述的前擋板和后擋板均為透明擋板，方便實(shí)驗(yàn)員清楚觀測(cè)相似模型的變化。
[0008]進(jìn)一步，上述的塑料袋長(zhǎng)度和寬度與底座的長(zhǎng)度和寬度相等，塑料袋的高度為I?2cm;塑料袋的內(nèi)部還設(shè)有加熱裝置。當(dāng)進(jìn)行保水采煤相似模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，上煤層和下煤層被開(kāi)挖后，采空區(qū)上覆巖層變形破壞下沉，導(dǎo)致隔水層變形破壞產(chǎn)生裂隙，此時(shí)含水層中的水體會(huì)沿著覆巖裂隙流入隔水層底部的顯色裝置中，通過(guò)通孔使得塑料袋中白色的無(wú)水硫酸銅粉末遇水成藍(lán)色，實(shí)驗(yàn)員可以透過(guò)前、后擋板和透明的塑料袋看到顏色的變化，可以清楚判斷含水層的破壞穩(wěn)定規(guī)律。隨著上煤層逐漸被開(kāi)挖，采空區(qū)上覆巖層破壞逐漸穩(wěn)定，之前隔水層中的裂隙逐漸閉合穩(wěn)定，阻止了含水層中的水體向下流動(dòng)，此時(shí)通過(guò)加熱裝置加熱，藍(lán)色的硫酸銅晶體重新變?yōu)榘咨珶o(wú)水硫酸銅粉末，由此顯色裝置可以循環(huán)使用。
[0009]進(jìn)一步，上述的上覆巖層中有應(yīng)力傳感器、濕度傳感器和位移傳感器，應(yīng)力傳感器、濕度傳感器、位移傳感器通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與數(shù)據(jù)采集儀和計(jì)算機(jī)連接。
[0010]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn):
[0011](a)該模擬裝置拆裝簡(jiǎn)便，鋪設(shè)物理模型方便，實(shí)驗(yàn)員可以通過(guò)透明的前、后擋板清楚觀測(cè)相似模型的破壞穩(wěn)定情況；
[0012](b)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型能夠模擬和判斷采用不同開(kāi)采方式煤層被開(kāi)挖后隔水層的破壞變化情況，能準(zhǔn)確得出近距煤層群開(kāi)采覆巖中隔水層的破壞穩(wěn)定規(guī)律。該裝置通過(guò)在隔水層底部設(shè)置含有無(wú)水硫酸銅粉末的顯色裝置，當(dāng)隔水層破壞產(chǎn)生裂隙后，利用水體通過(guò)隔水層中裂隙進(jìn)入顯色裝置后可以讓白色的無(wú)水硫酸銅粉末變?yōu)樗{(lán)色的硫酸銅晶體，進(jìn)而可以直觀判斷隔水層是否遭到破壞。該裝置能夠?yàn)榻嗝簩尤罕Ｋ_(kāi)采提供較準(zhǔn)確的信息，進(jìn)而可以確定不同水文地質(zhì)條件下不同的近距煤層群保水采煤方法的合理可行性。
【附圖說(shuō)明】
[0013]附圖1是本實(shí)用新型的近距煤層群保水開(kāi)采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]附圖2是本實(shí)用新型中顯色裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]附圖3是本實(shí)用新型中顯色裝置的俯視示意圖；
[0016]圖中:1-二維相似模擬試驗(yàn)架;2-底板;3-上煤層;4-上覆巖層;5-加載裝置;6_含水層;7-隔水層;8-下煤層;9-間隔巖層；10-顯色裝置；101-塑料袋；102-通孔；103-加熱裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作更進(jìn)一步的說(shuō)明，以便本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員了解本實(shí)用新型。
[0018]近距煤層群保水開(kāi)采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括二維相似模擬試驗(yàn)架1、底板2、上覆巖層4、加載裝置5、監(jiān)測(cè)裝置、位于底板2上方的下煤層8和位于上覆巖層4下方的上煤層3。上煤層3和下煤層8之間有間隔巖層9。上覆巖層4中設(shè)有含水層6和隔水層7，隔水層7位于含水層6的下部，隔水層7底部設(shè)有顯色裝置10 ο顯色裝置10包括外包裝層和顯色層，顯色層位于外包裝層內(nèi)。外包裝層為塑料袋101，顯色層為無(wú)水硫酸銅粉末。塑料袋101的上表面設(shè)有多個(gè)均勻排布的通孔102，塑料袋101為透明材質(zhì)。
[0019]二維相似模擬試驗(yàn)架I包括底座、左立柱、右立柱、前擋板和后擋板。左立柱、右立柱分別豎直固定連接在底座兩端。左立柱、右立柱之間為相互平行。前擋板和后擋板均與兩立柱可拆卸活動(dòng)連接。前擋板和后擋板均為透明擋板。
[0020]塑料袋101為透明材質(zhì)，其長(zhǎng)度和寬度與底座的長(zhǎng)度和寬度相等，塑料袋的高度為I?2cm，優(yōu)選為1.5cm;塑料袋101的內(nèi)部還設(shè)有加熱裝置103。上覆巖層4中有應(yīng)力傳感器、濕度傳感器和位移傳感器，應(yīng)力傳感器、濕度傳感器、位移傳感器通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與數(shù)據(jù)采集儀和計(jì)算機(jī)連接。
[0021]在使用該近距煤層群保水開(kāi)采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)實(shí)際采礦水文地質(zhì)條件將底板2、下煤層8、上煤層3、上覆巖層4、顯色裝置10、隔水層7、含水層6以及加壓裝置5從下往上依次疊設(shè)于二維相似模擬試驗(yàn)架I內(nèi)。同時(shí)將監(jiān)測(cè)應(yīng)力傳感器、位移傳感器和濕度傳感器埋置在上覆巖層相似材料中。
[0022]在進(jìn)行煤層開(kāi)挖時(shí)，上煤層3和下煤層8依次被被開(kāi)挖后，采空區(qū)上覆巖層變形破壞下沉，導(dǎo)致隔水層7變形破壞產(chǎn)生裂隙，此時(shí)含水層6中的水體會(huì)沿著覆巖裂隙流入隔水層7底部的顯色裝置10中，通過(guò)通孔102使得塑料袋101中白色的無(wú)水硫酸銅粉末遇水成藍(lán)色，實(shí)驗(yàn)員可以透過(guò)前、后擋板和透明的塑料袋看到顯色裝置的顏色變化，可以清楚判斷含水層的是否被破壞，得出近距煤層群保水開(kāi)采隔水層破壞規(guī)律。隨著上煤層3逐漸被開(kāi)挖，采空區(qū)上覆巖層破壞逐漸穩(wěn)定，之前隔水層7中的裂隙逐漸閉合穩(wěn)定，阻止了含水層6中的水體向下流動(dòng)，此時(shí)通過(guò)加熱裝置103加熱，藍(lán)色的硫酸銅晶體重新變?yōu)榘咨珶o(wú)水硫酸銅粉末，由此顯色裝置10可以循環(huán)使用。同時(shí)利用埋置在上覆巖層4中的應(yīng)力傳感器、位移傳感器和濕度傳感器隨時(shí)監(jiān)測(cè)采場(chǎng)覆巖礦壓、位移和濕度變化情況。
[0023]以上實(shí)施方式僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型而并非限制本實(shí)用新型所描述的技術(shù)方案；因此盡管本說(shuō)明書(shū)參照上述的各個(gè)實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型已進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行修改或者等同替換;而一切不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.近距煤層群保水開(kāi)采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括二維相似模擬試驗(yàn)架(I)、底板(2)、上覆巖層(4)、加載裝置(5)、監(jiān)測(cè)裝置、位于底板(2)上方的下煤層(8)和位于上覆巖層(4)下方的上煤層(3);上煤層(3)和下煤層(8)之間有間隔巖層(9);所述上覆巖層(4)中設(shè)有含水層(6)和隔水層(7);所述隔水層(7)位于含水層(6)的下部，其特征在于，所述隔水層(7)底部設(shè)有顯色裝置(10);所述顯色裝置(10)包括外包裝層和顯色層;所述顯色層位于外包裝層內(nèi)；所述外包裝層為塑料袋(101);所述顯色層為無(wú)水硫酸銅粉末;所述的塑料袋(101)的上表面設(shè)有多個(gè)均勻排布的通孔(102);所述的塑料袋(101)為透明材質(zhì)。2.如權(quán)利要求1所述的近距煤層群保水開(kāi)采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的二維相似模擬試驗(yàn)架(I)包括底座、左立柱、右立柱、前擋板和后擋板;左立柱、右立柱分別豎直固定連接在底座兩端;左立柱、右立柱之間為相互平行;所述前擋板和后擋板均與兩立柱可拆卸活動(dòng)連接。3.如權(quán)利要求2所述的近距煤層群保水開(kāi)采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的前擋板和后擋板均為透明擋板。4.如權(quán)利要求3所述的近距煤層群保水開(kāi)采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的塑料袋(101)的長(zhǎng)度和寬度與底座的長(zhǎng)度和寬度相等;所述塑料袋的高度為I?2cm。5.如權(quán)利要求4所述的近距煤層群保水開(kāi)采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的塑料袋(101)的內(nèi)部還設(shè)有加熱裝置(103)。6.如權(quán)利要求5所述的近距煤層群保水開(kāi)采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的上覆巖層(4)中有應(yīng)力傳感器、濕度傳感器和位移傳感器，應(yīng)力傳感器、濕度傳感器、位移傳感器通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與數(shù)據(jù)采集儀和計(jì)算機(jī)連接。
【文檔編號(hào)】G01N33/24GK205562534SQ201620058848
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年1月21日
【發(fā)明人】許猛堂, 張開(kāi)智, 金志遠(yuǎn), 李海軍, 吳建瓊, 穆靜強(qiáng)
【申請(qǐng)人】貴州理工學(xué)院