[发明专利]一种多场可视化的采动相似模型实验装置

说明书

本发明公开了一种多场可视化的采动相似模型实验装置，它涉及力学、传热学、实验和采矿领域，它是以工字形中空结构箱体为框架的封闭式结构。箱体顶部通口连接加压装置，内置实验体，箱体的底部通口外接收集装置。箱体侧壁竖直钻有通水渠且水平钻有与通水渠相通的通水螺丝孔，通水渠连接水流控制装置。通水渠内置注液装置以模拟煤气化。箱体内置液压枕以模拟采动层。箱体角度控制装置夹持箱体，改变箱体倾角。模拟材料采用原位一致材料并进行颗粒配比。本发明适用性较强，通过调节螺栓、液压枕、矩形气囊、注液种类和流速以及箱体倾角，可分析得到不同开采形式、地质条件的原位岩土体的岩层位移场、应力场和裂隙场等多场可视化的演化规律。

技术领域

本发明涉及到一种多场可视化的采动相似模型实验装置，尤其是一种适合不同开采形式下不向地质条件的原位岩土体多场可视化实验的装置，属于力学、传热学、实验和采矿领域。

背景技术

在矿山开采过程中，受开采扰动影响，矿区内的突水和瓦斯等事故频繁发生，而传统的岩石渗流理论已经不适用于采动破碎岩体渗流特性。随着高采深、高采厚和恶劣的采区环境等引发的“三高一扰动”，采动岩体渗流理论逐渐成型。

在运用现有采动岩体渗流理论来分析采矿过程中，常常通过现场原位实验和室内试验来确定相关参数指标，再进行相似模拟实验。但往往由于矿区的规模太大，现场原位试验不够经济，室内试验无法准确描述地层之间、地层与地下水层之间的耦合作用以及水力和温力边界效应问题，尤其是不具备在实验中同步观测多场演化规律的能力，使得研究与现场实际常常出现一定偏差的情况。

发明内容

本发明的目的是为克服现场原位试验不够经济、相似材料不精确，地质岩性、室内试验边界太模糊以及水力和温力边界无法定量调整的不足，以达到对不同采矿环境采矿中上覆岩层出现情况的及时预见和提高采矿的安全性、经济性、科学性。

为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种多场可视化的采动相似模型实验装置，其特征在于：包括箱体、密封装置、注液装置、箱体角度控制装置、加压装置、收集装置、采动装置和水流控制装置；箱体密封，箱体内部包括从上而下依次排列的加载装置和实验体，实验体由相似材料制成。

所述箱体为工字形中空结构，采用钢质材料制成。

所述箱体左壁中向下钻有通水渠，箱体右壁向上钻有通水渠，箱体左右两壁内侧水平钻有对称的均布的通水螺丝孔，该侧通水螺丝孔与该侧通水渠相通，且均与所述水流控制装置相关联，该水流控制装置包括左壁通水渠外侧活动连接的水泵和加装在通水螺丝孔上的螺栓；箱体顶部和底部设有均匀对称的通口，顶部通口连通所述加压装置，该加压装置包括顶部通口外侧活动连接的气泵和紧贴顶部通口的矩形气囊，矩形气囊下方紧贴实验体；底部通口上接铺设好的实验体，下接所述收集装置，该收集装置包括液体收集器和与其相连的流量计；

所述箱体密封需用到所述密封装置，包括箱体前侧板、箱体后侧板、螺柱和螺母。将该箱体前侧板、箱体后侧板依次对称铺设，再通过同样位置水平钻有的螺丝孔将该箱体前侧板、箱体后侧板与所述箱体一一对应后加装螺柱和螺母进行密封。用所述箱体角度控制装置固定和调整密封箱体，该箱体角度控制装置包括夹持器，可调节弹簧，底座和加固板。所述夹持器固定密封的箱体，可调节弹簧上连夹持器，下接底座。所述加固板紧贴实验装置外表面。

所述采动装置，是由均匀排布在模拟采动层位置的同规格的液压枕和有沟槽的箱体后侧板组成。在进行模拟采动时，所述箱体后侧板置换为相同规格的所述有沟槽的箱体后侧板，沟槽与模拟采动层处于水平方向的同样位置，通过细管依次将液压枕中的液压油抽出，达到模拟采动的效果。

所述注液装置是进行煤地下气化相似模拟时需要加装的设备，包括不规则弯管、导管和微倾式分流导液管。该不规则弯管从模拟煤层所在位置的通水螺丝孔拧进，上接箱体左侧通水渠中的导管，侧接模拟煤层中的预埋的微倾式分流导液管。