[实用新型]一种用于模拟煤层保水开采的相似模拟系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种保水开采实验装置，具体涉及一种用于模拟煤层保水开采的相似模拟系统。

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。保水开采的目标是在防治采场突水的同时，对水资源进行有意识的保护，使煤炭开采对矿区水文环境的扰动量小于区域水文环境容量。研究在开采后上覆岩层的破断规律和地下水漏斗的形成机理，从采矿方法、地面注浆等方面采取措施，实现矿井水资源的保护和综合利用。

研究上覆岩层中破坏稳定规律对保水开采至关重要。利用实验室相似模拟实验是研究保水采煤时上覆岩层破坏移动规律的有效途径。传统实验装置在模拟工作面推进时，需要借助工具逐步开挖模拟煤层的材料，这种方式不仅费时费力，而且不能保证每次开挖的距离相同。CN 104391104 A的发明专利公布了一种煤层相似模拟实验装置及其使用方法，通过利用合金块来代替模拟煤层的开采部分，并配合在合金块的表面涂一层环氧树脂材料，再利用环氧树脂溶解液将其溶解，代替了人工开挖煤层，可以降低开挖模型的劳动强度，但该发明，一方面合金内部构造，制造困难，成本高；另一方面环氧树脂溶解后，合金仍然占有很大体积，影响实验准确性。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于模拟煤层保水开采的相似模拟系统。该系统用冰块代替煤层，降低了实验成本，同时该系统有水冷却及冰融化装置，配合抽水泵和进水泵可以实现冰和水的转化及水的自由流入、流出，能准确模拟煤层被开挖后上覆岩层的破坏、稳定规律。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样来实现的：一种用于模拟煤层保水开采的相似模拟系统，包括试验架；试验架内部自上而下分别有加载装置、上覆岩层、上煤层、隔岩层、下煤层、底板；上覆岩层中设有感应装置、含水层和位于含水层下部的隔水层；上煤层顶部和底部分别有保温层，下煤层的顶部和底部分别有保温层；上煤层和下煤层均由冰层模拟装置组成；冰层模拟装置包括若干冰囊及位于冰囊外部且将冰囊包裹住的气囊；每个气囊分别连接进气管起始端和出气管起始端；位于气囊外的进气管的终端连接液压罐；靠近液压罐处的进气管上连接有压力控制阀；每个冰囊内部有进水管的起始端和出水管的起始端；在冰囊外的进水管的终端连接进水泵；位于冰囊外的出水管终端连接抽水泵。

本实用新型的进一步改进还有，位于冰囊内部的进水管表面分布若干孔，进水管内部有溶解有氯化钠的热水，通过孔可以增大热水与冰块的接触面积，实现冰快速融化。

本实用新型的进一步改进还有，进位于冰囊外部进水管的终端附近连接有流量控制阀，通过流量控制阀可以调整进入冰囊的热水量，控制冰融化速度。

本实用新型的进一步改进还有，位于冰囊外部出水管的终端附近连接有流量控制阀，对出水管内出水量进行控制。

本实用新型的进一步改进还有，位于气囊外部出气管的终端附近连接有控制阀，对通气管内部气体进行控制。

本实用新型的进一步改进还有，位于冰囊内部的进水管起始端和出水管起始端不相连，便于水的流入、流出。

本实用新型的进一步改进还有，液压罐为氮气液压罐，液氮遇水可以放热使水快速冷却结冰。

本实用新型的进一步改进还有，感应装置包括应力传感器、湿度传感器和位移传感器；应力传感器、湿度传感器、位移传感器这三个感应器分别通过导线与数据采集仪相连接；数据采集仪再与计算机相连接。

本实用新型的有益效果：

(1)该系统用普通冰块代替煤层，降低了实验成本，冰具有一定的硬度，符合煤层开采特点；

(2)冰在零度可以实现快速的固液转变，通过液氮使水快速冷却，用来模拟煤层；当开采时，通过进水泵通入热水将冰融化，通过抽水泵将水取出，能够真实模拟煤层开采过程，能准确得出煤层开采后上覆岩层的破坏及稳定规律。

附图说明

图1 为本实用新型用于模拟煤层保水开采的相似模拟系统示意图。

图2为冰层模拟装置结构示意图。

图3为煤层结构示意图。

图中：1-试验架，2-底板，3-上煤层，4-上覆岩层，5-加载装置，6-含水层，7-隔水层，8-下煤层，9-隔岩层，10-保温层，11-气囊，12-冰囊，13-进气管，14-出气管，15-进水管，16-出水管，17-压力控制阀，18-液压罐，19-进水泵，20-抽水泵，21-冰层模拟装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步描述。

实施例1