[发明专利]一种模拟临海采矿时地层沉陷规律的实验装置及方法

权利要求书

1.一种模拟临海采矿时地层沉陷规律的实验装置，其特征为：包括相似材料模拟箱体、设在相似材料模拟箱体左侧的邻近地层水源补给模拟装置、右侧的海水回灌模拟装置、上侧的地下水抽采模拟装置、下侧的高速摄像机、及数据采集与处理器，所述的邻近地层水源补给模拟装置与相似材料模拟箱体通过第一L型硬管连接，所述的海水回灌模拟装置与相似材料模拟箱体通过第二L型硬管连接，所述的地下水抽采模拟装置与相似材料模拟箱体通过竖直硬管连接，所述的相似材料模拟箱体的前后端面由可供高速摄像机拍摄的透明亚克力材料制成，所述的数据采集与处理器通过水体监测装置与相似材料模拟箱体连接，所述的相似材料模拟箱体的侧壁上设有煤层开挖活动窗口；

相似材料模拟箱体内从下到上设有底板、煤层、以及上覆岩层，所述的上覆岩层从上到下依次包括土壤层、砂石层、承压含水层、隔水层、及岩石层；所述的承压含水层内设有若干装有水砂骨料的密闭水袋，所述的煤层开挖活动窗口设置于煤层外侧所在的相似材料模拟箱体的侧壁上；

邻近地层水源补给模拟装置通过第一L型硬管与承压含水层连接；海水回灌模拟装置通过第二L型硬管与承压含水层连接；地下水抽采模拟装置通过竖直硬管与承压含水层连接。

2.如权利要求1所述的一种模拟临海采矿时地层沉陷规律的实验装置，其特征为：所述的水体监测装置包括设置于承压含水层内的可移动式盐度计、可移动式水压力计、承压含水层水位计、以及设置在承压含水层顶部和底部的应变膜，所述的可移动式盐度计、可移动式水压力计、承压含水层水位计、以及应变膜分别通过导线与数据采集与处理器连接。

3.如权利要求2所述的一种模拟临海采矿时地层沉陷规律的实验装置，其特征为：所述的邻近地层水源补给模拟装置包括淡水槽、进水端与淡水槽连接的第一水泵、与第一水泵的出水端连接的第一软管、连接于第一软管另一端的第一水箱、与第一水箱底部连通的第一L型硬管，所述的第一L型硬管上设有第一流量显示与控制阀和第一水压表，所述的第一L型硬管的出水端贯通相似材料模拟箱体的侧壁并与承压含水层连接。

4.如权利要求3所述的一种模拟临海采矿时地层沉陷规律的实验装置，其特征为：所述的海水回灌模拟装置包括盐水槽、进水端与盐水槽连接的第二水泵、与第二水泵的出水端连接的第二软管、连接于第二软管的另一端的第二水箱、与第二水箱底部连通的第二L型硬管，所述的第二L型硬管上设有第二流量显示与控制阀和第二水压表，所述的第二L型硬管的出水端贯通相似材料模拟箱体的侧壁并与承压含水层连接。

5.如权利要求4所述的一种模拟临海采矿时地层沉陷规律的实验装置，其特征为：所述的地下水抽采模拟装置包括与承压含水层连接的竖直硬管、与竖直硬管顶端连接的第三软管、与第三软管上端连接的蠕动泵、所述的蠕动泵的出水端连接有第四软管，所述的第四软管的出水端与水槽连接，所述的蠕动泵设有控制开关和流量及水压显示屏。

6.如权利要求5所述的一种模拟临海采矿时地层沉陷规律的实验装置，其特征为：所述的第一流量显示与控制阀、第一水压表、第二流量显示与控制阀、第二水压表、流量及水压显示屏分别通过导线与数据采集与处理器连接。

7.如权利要求6所述的一种模拟临海采矿时地层沉陷规律的实验装置，其特征为：所述的砂石层、岩石层内分别设有应力和位移传感器，所述的应力和位移传感器通过导线与数据采集与处理器连接。

8.利用权利要求7所述的一种模拟临海采矿时地层沉陷规律的实验装置进行模拟实验的方法，其特征为：包括如下步骤：

a.准备工作：将一种模拟临海采矿时地层沉陷规律的实验装置准备就绪，并检查各部件是否符合试验标准，并确保各部件完好可用；

b.对煤炭开采-地下水抽采-海水回灌-邻近地层水源补给协同作用下滨海地层沉陷现象进行相似模拟，并研究相关规律，包括如下具体步骤：1)、操作蠕动泵的控制开关，调节水流量进行抽水；2)、抽水操作1分钟后，依次打开海水回灌模拟装置和邻近地层水源补给模拟装置，调节各自的流量显示与控制阀，直至各自的水压表显示平稳后，停止调节；3)、然后按照实际开采情况，打开煤层开挖活动窗口，按相似比例逐步开挖煤层；4)、通过水体监测装置、应力和位移传感器、第一流量显示与控制阀、第一水压表、第二流量显示与控制阀、第二水压表、以及流量及水压显示屏收集数据，并通过数据采集与处理器对相关数据进行处理；5)、根据数据处理结果分析总结煤层开采因素、承压含水层的压力、水位和盐度分布以及邻近地层水源补给模拟装置、海水回灌模拟装置和地下水抽采模拟装置的流量与压力因素对上覆岩层及地表沉陷的影响规律。