[发明专利]煤层开采模拟实验装置及其制作方法和操作方法

说明书

本发明公开了一种煤层开采模拟实验装置及其制作方法和操作方法。本发明公开的煤层开采模拟实验装置包括试验箱，试验箱由底板、侧板和顶盖组成；在底板上铺设有底板岩层；在底板岩层上铺设有煤层，在煤层中设置有应力传感器和位移传感器；在煤层的一端设置有切眼，切眼通过排水通道与排水沟连通；在煤层上铺设有间隔岩层；在间隔岩层的上方铺设有隔水层；在隔水层上铺设有能够透水的含水层，在含水层上设置有注水管，在含水层的一侧还设置有水位计；在含水层的上方铺设有表土层；在表土层的上方设置有加压装置。本发明能够更好的完成煤层开采上部含水层固液耦合模拟试验，试验数据更加真实，为煤层开采过程中水资源的保护提供技术支持。

技术领域

本发明涉及煤炭开采模拟实验技术领域，尤其涉及一种煤层开采模拟实验装置及其制作方法和操作方法。

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。因此，应该选择合理的采煤方法和工艺，在实现煤炭资源安全高效开采的同时，最大限度的保护水资源。然而，由于实际地下现场工作面上覆岩层变化的复杂性和不可预见性，利用模拟试验台对含水层的破坏进行模拟试验，通过开挖模拟煤层，获取在采动影响下上覆岩层中含水层的塌陷、移动、破坏、裂隙等规律，从而为煤矿开采过程中水资源的保护提供技术指导。

相似材料模拟试验是采矿工程和岩土工程的主要试验研究方法，可用于模拟再现工程现场煤层开采开挖实况，并观测该条件下的围岩应力、应变与位移和含水层的破坏、裂隙发育与导水路径。相似材料模拟试验简单易行、形象直观，可以根据不同的开采方案进行反复试验，对研究采动过程中含水层断裂、水运移规律具有显著的优势。

虽然相似模拟试验是研究煤层开采过程中含水层破坏规律的重要手段，但其也具有一些现阶段没有解决的缺陷，主要表现在以下几点：

(1)大多数含水层模拟试验，仍然集中于二维、单相或固液方面的物理模拟；

(2)仅采用预埋水管或水袋来模拟含水层，其与岩层材料比差别大，会影响模拟含水层在受采动影响下的塌陷、移动、破坏和裂隙发育规律；

(3)在试验过程中，含水层的水渗透到采煤工作面后会出现底板四周渗漏情况，不能按照既定方向排出，水循环系统设计不完善；

(4)难以根据实际上覆岩层的厚度变化利用模拟来随意调整上部加载大小，故模拟现场实际情况较差。

有鉴于此，提供一种结果准确、实验效果好的煤层开采模拟实验装置及其制作方法和操作方法成为必要。

发明内容

本发明技术方案提供一种煤层开采模拟实验装置，包括试验箱，所述试验箱由底板、侧板和顶盖组成；

在所述底板上铺设有底板岩层；

在所述底板岩层上铺设有煤层，在所述煤层中设置有应力传感器和位移传感器；在所述煤层的一端设置有切眼，所述切眼通过排水通道与排水沟连通；

在所述煤层上铺设有间隔岩层；

在所述间隔岩层的上方铺设有隔水层；

在所述隔水层上铺设有能够透水的含水层，在所述含水层上设置有注水管，在所述含水层的一侧还设置有用于监测所述含水层中的水位的水位计；

在所述含水层的上方铺设有表土层；

在所述表土层的上方设置有用于向所述表土层施加压力的加压装置。

进一步地，所述含水层为透水混凝土层。

进一步地，所述透水混凝土层中具有多个透水孔。

进一步地，透水混凝土层由粗骨料、水泥和水按照预设比例制作而成。