[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

说明书

一种模拟临海采矿时地层沉陷规律的实验装置，涉及相似材料模拟实验技术领域，包括相似材料模拟箱体、设在相似材料模拟箱体左侧邻近地层水源补给模拟装置、右侧海水回灌模拟装置、上侧地下水抽采模拟装置、下侧高速摄像机、及数据采集与处理器。本发明提供了可对煤炭开采‑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进行相似模拟的装置，通过数据采集与处理器的结果分析煤层开采因素、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，解决了现场地质采矿条件复杂对临海采矿时地层沉陷规律难以深入研究的问题。

技术领域

本发明涉及相似材料模拟实验技术领域，具体涉及一种模拟临海采矿时地层沉陷规律的实验装置及方法。

背景技术

我国东部沿海地区的一些海滨煤矿,在给本地区经济发展做出重要贡献的同时,也使本地区生态环境遭到破坏,地面出现大范围下沉,部分建筑物发生了不同程度的损坏，地矿矛盾紧张，严重影响当地社会稳定、经济发展以及人民正常生产生活,沉陷区的治理工作已刻不容缓。而沉陷区的治理工作首先需要弄清楚产生地面沉陷的影响因素、以及这些影响因素下地面沉陷的规律，以便据此提出防治措施。

产生地面沉陷的原因包含自然因素和人为因素两个部分。地面沉陷可以由单一因素诱发，而在许多情况下是由几种因素综合作用的结果。在对东部沿海地区一些海滨矿区的地表沉陷原因进行探查的过程中，发现了诸多与其他地区煤炭开采引起的地表沉陷规律不同的现象，如多处工作面开采后地面下沉系数大于1、矿区范围内岩层移动角逐渐减小、已关闭多年的工作面地表仍出现下沉等，这表明海滨矿区地表沉陷存在多种原因。事实上，大量研究已表明，除了煤炭开采引起地面沉陷以外，地下水抽采、海水回灌和邻近地层水源补给等都会引起地面沉陷。滨海矿区由于其特殊的地理位置，地面沉陷除了受其自身开采的影响外，还受地下水抽采、海水回灌和邻近地层水源补给等影响，因此针对东部沿海地区的一些海滨煤矿的滨海地层条件，对东部沿海地区一些海滨煤矿的滨海地层开展开采沉陷特征研究势在必行。

由于现场水文地质和工程地质条件复杂，地表沉陷过程难以在现场观测和再现，因此要深入研究煤炭开采-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的沉陷规律，进行室内物理模拟实验是很有必要的。而目前，在我国矿业领域还没有研究该方面的实验装置，基于此，设计了该套实验设备来模拟滨海地层在煤炭开采-地下水抽采-海水回灌-邻近地层水源补给协同作用下的沉陷规律。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种模拟临海采矿时地层沉陷规律的实验装置及方法，以模拟滨海地层在煤炭开采-地下水抽采-海水回灌-邻近地层水源补给协同作用下的沉陷规律。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种模拟临海采矿时地层沉陷规律的实验装置，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。

优选的，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。