一種煤礦開采松散層承壓水失水沉降模擬實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種煤礦開采松散層承壓水失水沉降模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其包括支架、主體結(jié)構(gòu)和若干配重塊。主體結(jié)構(gòu)安裝在支架上并包括箱體和通道。箱體通過隔水板隔成上下兩層結(jié)構(gòu)，位于隔水板的上層結(jié)構(gòu)為收容配重塊的第一收容層，位于隔水板的下層結(jié)構(gòu)為收容待模擬土樣的第二收容層。第二收容層的側(cè)壁設(shè)置有相互平行的若干土體失水沉降位移觀測線。通道的一端安裝在第二收容層的側(cè)邊且與其相通，另一端與第二收容層的側(cè)邊傾斜且開口朝上，通道構(gòu)成模擬河。支架調(diào)節(jié)第二收容層與水平地面的角度。本實(shí)用新型分析煤礦松散層含水層失水后的松散層移動(dòng)變形機(jī)理與演化規(guī)律，由此分析研究相應(yīng)松散層土體固結(jié)變形對地表下沉量的影響。
【專利說明】一種煤礦開采松散層承壓水失水沉降模擬實(shí)驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種松散層承壓水失水沉降模擬實(shí)驗(yàn)裝置，尤其涉及一種模擬厚松散層條件下研究松散層底部含水層承壓水失水沉降規(guī)律的模擬實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在深厚松散層開采條件下，煤礦采空區(qū)上方地表沉降的下沉系數(shù)(充分采動(dòng)條件下地表最大下沉量與采高之比)通常會大于1，使煤層開采引起的地表沉降量大于正常地質(zhì)條件下沉降量。分析認(rèn)為，除煤礦開采引起地表沉降外，礦井開采造成松散含水層水位疏降，引起松散層土體壓縮變形，也造成了地表沉降。
[0003]當(dāng)工作面覆巖采動(dòng)裂縫直接或間接地波及至松散層底部含水層，將地下水導(dǎo)入礦井，致使含水層水位下降，土體內(nèi)的凈水平衡條件被破壞，孔隙水壓減小，土顆粒之間的有效應(yīng)力增大，底部含水層產(chǎn)生固結(jié)沉降，上部土層發(fā)生整體性沉降位移。總體上，其變形范圍一般為松散含水層分布的整段區(qū)域。該類變形與城市地表變形的主要區(qū)別是:底部含水層的變形是在上覆總應(yīng)力不變、自身疏排水的條件下產(chǎn)生的。
[0004]針對深厚新生界含水松散層這一特殊地質(zhì)條件，含水層的疏水沉降研究越來越受到重視，上世紀(jì)80年代末有學(xué)者對華東煤礦區(qū)厚含水松散層的地表移動(dòng)規(guī)律、參數(shù)和機(jī)理進(jìn)行了研究；90年代初以來，有學(xué)者利用深厚松散層中粘土強(qiáng)度高、隔水性好、塑性強(qiáng)以及砂層含水層以靜儲量為主、補(bǔ)給弱的特點(diǎn)，先后在山東的柴里礦、河北的邢臺礦和安徽的蘆嶺礦等進(jìn)行了深厚含水松散層下留設(shè)防塌煤柱開采。進(jìn)行厚松散層底部含水層疏排水沉降規(guī)律研究，對于礦區(qū)的安全生產(chǎn)、地面重要建(構(gòu))筑物及地面環(huán)境的保護(hù)，均具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)的工程意義。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]有鑒于此，本實(shí)用新型提供一種煤礦開采松散層承壓水失水沉降模擬實(shí)驗(yàn)裝置，觀測松散層底部含水層疏水后的沉降變形，分析松散含水層失水后的移動(dòng)變形機(jī)理與演化規(guī)律，并以此為基礎(chǔ)，分析研究松散含水層失水導(dǎo)致的土體固結(jié)變形對地表下沉的影響。
[0006]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種煤礦開采松散層承壓水失水沉降模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其包括支架、主體結(jié)構(gòu)和若干配重塊，所述主體結(jié)構(gòu)安裝在所述支架上；
[0007]其中，所述主體結(jié)構(gòu)包括箱體和通道；所述箱體通過一個(gè)隔水板隔成上下兩層結(jié)構(gòu)，所述隔水板模擬為隔水層，位于所述隔水板的上層結(jié)構(gòu)為收容所述若干配重塊的第一收容層，位于所述隔水板的下層結(jié)構(gòu)為收容待模擬土樣的第二收容層，所述第二收容層的側(cè)壁和底壁均開設(shè)有若干疏排孔，且所述第二收容層的側(cè)壁還設(shè)置有相互平行的若干條土體失水沉降位移觀測線；所述通道的一端安裝在所述第二收容層的側(cè)邊且與所述第二收容層內(nèi)部相通，所述通道的另一端與所述第二收容層的側(cè)邊傾斜且開口朝上，所述通道構(gòu)成模擬河對收容在所述第二收容層內(nèi)的待模擬土樣供水，使所述第二收容層模擬為含水層；
[0008]其中，所述支架用于調(diào)節(jié)所述第二收容層與水平地面的角度。[0009]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第二收容層的內(nèi)壁上設(shè)置有一層凡士林層。
[0010]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述支架的一端設(shè)置有升降臺，所述箱體的一端安裝在所述支架上，所述箱體的另一端安裝在所述升降臺上，所述升降臺通過升降所述箱體的相應(yīng)一端調(diào)整所述第二收容層與水平地面的角度。
[0011]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述若干條沉降位移觀測線平行于鉛垂線方向。
[0012]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述若干條沉降位移觀測線等間距平均分布在箱體兩側(cè)。
[0013]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述若干疏排孔均勻分布。
[0014]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述箱體采用有機(jī)玻璃制成。
[0015]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，每個(gè)疏排孔套設(shè)有橡皮膠管，所述橡皮膠管的一端套設(shè)在相應(yīng)的疏排孔上，另一端設(shè)置有止水夾，所述止水夾用于夾持相應(yīng)的橡皮膠管進(jìn)行止水。
[0016]本實(shí)用新型利用煤礦開采松散層承壓水模擬實(shí)驗(yàn)裝置，分析松散層含水層失水后產(chǎn)生的松散層移動(dòng)變形機(jī)理與演化規(guī)律。并以此為基礎(chǔ)，分析研究松散層含水層失水導(dǎo)致的土體固結(jié)變形對地表下沉的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型較佳實(shí)施方式提供的松散層承壓水失水沉降模擬實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]主要符號說明:通道1、配重塊2、隔水板3、觀測線4、疏排孔5、含水層6、支架7?！揪唧w實(shí)施方式】
[0019]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0020]常規(guī)的壓縮試驗(yàn)和固結(jié)試驗(yàn)是反映總應(yīng)力變化，在每一級載荷作用下，土中孔隙水壓降為O時(shí)的壓縮量；而松散層底部含水層的疏排水變形是在總應(yīng)力不變的條件下，孔隙水壓力逐漸變小，每一級孔隙水壓下的沉降量。因此，必須針對松散層底部含水層的移動(dòng)變形受力特點(diǎn)，進(jìn)行專門實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)。
[0021]請參閱圖1，本實(shí)用新型的煤礦開采松散層承壓水失水沉降模擬實(shí)驗(yàn)裝置包括支架7、主體結(jié)構(gòu)和若干配重塊2，所述主體結(jié)構(gòu)安裝在支架7上。
[0022]所述主體結(jié)構(gòu)包括箱體和通道I。所述箱體通過一個(gè)隔水板3隔成上下兩層結(jié)構(gòu)，隔水板3為模擬隔水層。位于隔水板3的上層結(jié)構(gòu)為收容若干配重塊2的第一收容層，位于隔水板3的下層結(jié)構(gòu)為收容待模擬土樣的第二收容層。所述第二收容層的側(cè)壁和底壁均開設(shè)有若干疏排孔5，疏排孔5最好均分分布，所述第二收容層的側(cè)壁還設(shè)置有相互平行的若干觀測線4。所述第二收容層的內(nèi)壁上可設(shè)置有一層凡士林層，以減小側(cè)面即內(nèi)壁對所述待模擬土樣的摩擦力，并防治水體沿側(cè)面泄漏。
[0023]每個(gè)疏排孔5套設(shè)有橡皮膠管(圖未示)，所述橡皮膠管的一端能套設(shè)在相應(yīng)的疏排孔5上，另一端設(shè)置有止水夾(圖未示)，所述止水夾用于夾持相應(yīng)的橡皮膠管進(jìn)行止水，這樣方便疏排孔5排水。相互平行的若干沉降位移觀測線4最好等間距平均分布在箱體兩偵牝盡量平行于鉛垂線方向。
[0024]通道I的一端安裝在所述第二收容層的側(cè)邊且與所述第二收容層內(nèi)部相通，通道I的另一端與所述第二收容層的側(cè)邊傾斜且開口朝上，通道I構(gòu)成模擬河對收容在所述第二收容層內(nèi)的待模擬土樣供水，使所述第二收容層模擬為含水層6。
[0025]在本實(shí)施方式中，所述主體結(jié)構(gòu)由IOmm厚的有機(jī)玻璃板制成,長120cm、寬46cm、高40cm，并配備模擬河部分，同時(shí)在兩側(cè)與底部設(shè)置疏排孔5。
[0026]支架7用于調(diào)節(jié)所述第二收容層與水平地面的角度，可根據(jù)所述主體結(jié)構(gòu)專門設(shè)計(jì)可以改變角度的金屬支撐框架。實(shí)現(xiàn)支架7角度調(diào)節(jié)的方式有很多種，如可采用升降臺實(shí)現(xiàn)(圖未示)，支架7的一端設(shè)置有升降臺，所述箱體的一端安裝在支架7上，所述箱體的另一端安裝在所述升降臺上，所述升降臺通過升降所述箱體的相應(yīng)一端調(diào)整所述第二收容層與水平地面的角度。
[0027]下面結(jié)合模擬方法和圖1對煤礦開采松散層承壓水失水沉降模擬實(shí)驗(yàn)裝置作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0028]煤礦開采松散層承壓水失水沉降模擬實(shí)驗(yàn)裝置的模擬方法:
[0029](I)在裝置內(nèi)壁，涂一層凡士林，以減小側(cè)面對土體的摩擦力，并防止水體沿側(cè)面泄漏；
[0030](2)分層加入土樣(即所述待模擬土樣),并振實(shí)，同時(shí)加水濕潤，并避免滴水過大沖擊土顆粒；
[0031](3)蓋上隔水板3，通過模擬河口加水，使土樣在水中浸泡24h，達(dá)到飽和狀態(tài)；
[0032](4)提高模擬河水位，模擬承壓水頭；
[0033](5)根據(jù)實(shí)際礦井生產(chǎn)涌水量所計(jì)算好的水頭降，在沒有總應(yīng)力的狀態(tài)下，通過模型側(cè)部與底部疏排孔5進(jìn)行同比例縮小放水，直到水頭降為O (底含疏干)，記錄每一次放水穩(wěn)定后土體壓縮沉降量；
[0034](6)將裝置內(nèi)的土樣取出，重新裝入另一份同分類的土樣，重復(fù)⑴?(3)步驟后，再在隔水板3上加上配重塊2，用于模擬松散層底部含水層上部的總應(yīng)力；
[0035](7)根據(jù)實(shí)際礦井生產(chǎn)涌水量所計(jì)算好的水頭降，在總應(yīng)力不變的狀態(tài)下，通過模型側(cè)部與底部疏排孔5進(jìn)行同比例縮小放水，直到水頭降為O (底含疏干)，記錄每一次放水穩(wěn)定后土體壓縮沉降量，并與上一份實(shí)驗(yàn)形成對比；
[0036](8)重復(fù)(I)?(7)步驟，完成剩余3組實(shí)驗(yàn)。
[0037]通過對底部含水層的疏排水操作，完成了松散層含水層失水壓縮變形實(shí)驗(yàn)，從而從實(shí)驗(yàn)角度反演分析厚松散層條件下煤層開采后造成地面沉降系數(shù)大于I的直接原因。為煤礦的非采動(dòng)沉降研究工作提供有力的理論支持。
[0038]本實(shí)用新型利用煤礦開采松散層承壓水失水沉降模擬實(shí)驗(yàn)裝置，分析松散層含水層失水后造成松散層移動(dòng)變形機(jī)理與演化規(guī)律，并以此為基礎(chǔ)，分析研究松散層含水層失水導(dǎo)致的土體固結(jié)變形對地表下沉的影響。
[0039]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種煤礦開采松散層承壓水失水沉降模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:其包括支架、主體結(jié)構(gòu)和若干配重塊，所述主體結(jié)構(gòu)安裝在所述支架上； 其中，所述主體結(jié)構(gòu)包括箱體和通道；所述箱體通過一個(gè)隔水板隔成上下兩層結(jié)構(gòu)，所述隔水板模擬為實(shí)際的松散層內(nèi)隔水層，位于所述隔水板的上層結(jié)構(gòu)為收容所述若干配重塊的第一收容層，位于所述隔水板的下層結(jié)構(gòu)為收容待模擬土樣的第二收容層，所述第二收容層的側(cè)壁和底壁均開設(shè)有若干疏排孔，且所述第二收容層的側(cè)壁還設(shè)置有相互平行的若干條土體失水沉降位移觀測線；所述通道的一端安裝在所述第二收容層的側(cè)邊且與所述第二收容層內(nèi)部相通，所述通道的另一端與所述第二收容層的側(cè)邊傾斜且開口朝上，所述通道構(gòu)成模擬河對收容在所述第二收容層內(nèi)的待模擬土樣供水，使所述第二收容層模擬為含水層； 其中，所述支架用于調(diào)節(jié)所述第二收容層與水平地面的角度。
2.如權(quán)利要求1所述的煤礦開采松散層承壓水失水沉降模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述第二收容層的內(nèi)壁上設(shè)置有一層凡士林層。
3.如權(quán)利要求1所述的煤礦開采松散層承壓水失水沉降模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述支架的一端設(shè)置有升降臺，所述箱體的一端安裝在所述支架上，所述箱體的另一端安裝在所述升降臺上，所述升降臺通過升降所述箱體的相應(yīng)一端調(diào)整所述第二收容層與水平地面的角度。
4.如權(quán)利要求1所述的煤礦開采松散層承壓水失水沉降模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述若干條土體失水沉降位移觀測線平行于鉛垂線方向。
5.如權(quán)利要求1所述的煤礦開采松散層承壓水失水沉降模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述若干條土體失水沉降位移觀測線等間距均勻分布在箱體兩側(cè)。
6.如權(quán)利要求1所述的煤礦開采松散層承壓水失水沉降模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述若干疏排孔均勻分布。
7.如權(quán)利要求1所述的煤礦開采松散層承壓水失水沉降模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述箱體采用有機(jī)玻璃制成。
8.如權(quán)利要求1所述的煤礦開采松散層承壓水失水沉降模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:每個(gè)疏排孔套設(shè)有橡皮膠管，所述橡皮膠管的一端套設(shè)在相應(yīng)的疏排孔上，另一端設(shè)置有止水夾，所述止水夾用于夾持相應(yīng)的橡皮膠管進(jìn)行止水。
【文檔編號】E21B49/00GK203808985SQ201420048667
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】徐良驥, 馬榮振, 黃璨, 秦長才, 劉利君 申請人:安徽理工大學(xué)