[发明专利]基于矿井地表沟道流水溃水量实验平台的实验方法

说明书

技术领域

本发明属于矿井水害防治技术领域，具体涉及一种基于矿井地表沟道流水溃水量实验平台的实验方法。

背景技术

煤层在开采过程中，煤层顶板基岩发生垮落破坏，并伴随裂隙向地表发展。一些煤层由于其自身埋藏深度浅，煤层开采形成的冒落带、裂隙带容易发育至地表，在一些沟谷地区，裂隙更易发育至地表形成贯通裂缝。同时，由于沟道利于流水汇集，容易在雨季形成规模较大的地表洪流，因此在开采工作面通过沟谷地区时，地表贯通裂缝易引起地表流水下灌，引起沟道流水溃入井下，造成突水事故的发生。

但是沟道流水溃入井下的溃水量受沟道的水力坡度、裂缝宽度、水流流量、流速等多种因素控制。而目前尚未有此类关于贯通裂缝引起的地表流水溃水量的实验方法。因此急需一种利用相关的实验装置对地表沟道流水溃水量进行准确预计的实验方法，模拟研究岩质沟道裂缝在不同影响因素下的溃水问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于矿井地表沟道流水溃水量实验平台的实验方法，其步骤简单，可通过调节漏水水槽的裂缝张度和漏水水槽的水流流量，改变单一变量，进行多次实验，观测不同坡降程度下的漏水水槽的溃水量，比较不同条件下实际溃水量之间的差异，获取影响矿井地表沟道流水溃水量变化的因素，功能完备。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：基于矿井地表沟道流水溃水量实验平台的实验方法，所述实验平台包括蓄水装置、与所述蓄水装置连通且具有坡降的漏水水槽和与所述漏水水槽配合的主排水渠，所述蓄水装置和所述主排水渠之间且位于所述漏水水槽的下侧设置有多个辅助排水渠，所述漏水水槽的底部设置有多条张度可调且与多个辅助排水渠配合的裂缝，所述漏水水槽的两端均设置有活动挡板，所述漏水水槽上设置有用于测量所述漏水水槽水位的活动测针和用于测量所述漏水水槽水流速度的毕托管，辅助排水渠末端位置安装有三角量水堰，主排水渠末端位置安装有矩形量水堰，辅助排水渠和主排水渠上均安装有固定测针；所述蓄水装置包括蓄水池、为蓄水池供水的供水管和设置在蓄水池内且用于稳定供水管出水的稳水格栅，所述供水管的进水端安装有水泵，供水管上安装有控制水量大小的阀门；其特征在于，该实验方法包括以下步骤：

步骤一、确定矿井地表沟道对象并搭建实验平台：首先，确定实际矿井地表沟道与漏水水槽的模型比例；然后，根据实际矿井地表沟道的断面尺寸、水力坡度、历史水流流量以及实际裂缝位置，确定漏水水槽的断面尺寸、水力坡度、水流流量以及裂缝位置，其中，所述漏水水槽的断面尺寸包括漏水水槽渠底宽度和漏水水槽的槽壁高度；

步骤二、控制漏水水槽的裂缝张度和水流流量并观测漏水水槽的溃水量：通过开启水泵、调节阀门开度控制所述漏水水槽的水流流量，当固定所述漏水水槽的裂缝张度，固定所述漏水水槽的水流流量时，执行步骤201；当固定所述漏水水槽的裂缝张度，调节所述漏水水槽的水流流量时，执行步骤202；当固定所述漏水水槽的水流流量，调节所述漏水水槽的裂缝张度时，执行步骤203；

步骤201、调节所述漏水水槽上的活动挡板高度改变所述漏水水槽中水流流速，测量各水流流速对应的所述漏水水槽中的各裂缝前的水深，分别获取各水流流速下主排水渠上的水流流量和多个辅助排水渠上的水流流量之和，所述漏水水槽中水流流速通过毕托管测得，所述漏水水槽中的首个裂缝前的水深通过活动测针测得，多个辅助排水渠上的水流流量之和为漏水水槽的溃水量；

步骤202、调节所述漏水水槽上的活动挡板高度，开启水泵并控制阀门的开度调节所述漏水水槽的水流流量，测量所述漏水水槽中水流流速，并测量所述漏水水槽中的首个裂缝前的水深，获取主排水渠上的水流流量和多个辅助排水渠上的水流流量之和；

步骤203、调节所述漏水水槽的裂缝张度，针对各裂缝张度调节所述漏水水槽上的活动挡板高度改变所述漏水水槽中水流流速，并测量各水流流速对应的所述漏水水槽中的首个裂缝前的水深，分别获取各水流流速下主排水渠上的水流流量和多个辅助排水渠上的水流流量之和；

步骤三、计算实际溃水量比重确定各因素对实际溃水量的影响程度：通过漏水水槽的溃水量与所述漏水水槽中的首个裂缝前的水流流量之比计算步骤二中各条件下的实际溃水量比重，得出各因素对实际溃水量的影响程度。

上述的基于矿井地表沟道流水溃水量实验平台的实验方法，其特征在于：步骤201至步骤203中通过矩形量水堰获取主排水渠上的水流流量，步骤201至步骤203中通过三角量水堰获取辅助排水渠上的水流流量。