近距煤層群保水開采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種近距煤層群保水開采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置包括二維相似模擬試驗(yàn)架、底板、上覆巖層、加載裝置、監(jiān)測裝置、位于底板上方的下煤層和位于上覆巖層下方的上煤層。上煤層和下煤層之間有間隔巖層。上覆巖層中有含水層和位于含水層下部的隔水層，隔水層底部設(shè)有顯色裝置。顯色裝置包括外包裝層和位于外包裝層內(nèi)的顯色層。外包裝層為塑料袋，顯色層為無水硫酸銅粉末。塑料袋為透明材質(zhì)，上表面有多個均勻排布的通孔。本實(shí)用新型拆裝簡便、鋪設(shè)方便，能清楚、直觀、準(zhǔn)確判斷近距煤層群開采隔水層的破壞穩(wěn)定規(guī)律，進(jìn)而可以確定不同水文地質(zhì)條件下不同的近距煤層群保水采煤方法的合理可行性。
【專利說明】
近距煤層群保水開采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，具體涉及一種適用于研究近距煤層群保水開采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭的大規(guī)模開采會造成地下含水層的極大破壞，帶來地表和地下水資源的極大浪費(fèi)。同時，水害給煤炭資源的開發(fā)利用造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。保水采煤就是在煤層采動影響下，不破壞隔水層的結(jié)構(gòu);或雖有一定的損壞，但一定時間后仍可恢復(fù)，并可保證最低生態(tài)水位，從而選擇合理采煤方法和工藝的開采技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在煤炭資源安全高效開采的同時，最大限度的保護(hù)水資源。近距煤層群的開采不可避免的對煤層上覆巖層造成多次重復(fù)擾動，導(dǎo)致地表隔水層的穩(wěn)定性嚴(yán)重破壞，進(jìn)而導(dǎo)致水土流失，為保水開采帶來挑戰(zhàn)。
[0003]研究隔水層的破壞穩(wěn)定規(guī)律對保水開采至關(guān)重要。利用實(shí)驗(yàn)室相似模擬實(shí)驗(yàn)是研究近距煤層群保水采煤覆巖破壞移動規(guī)律的有效重要途徑。目前大多數(shù)研究保水開采的物理相似模擬實(shí)驗(yàn)中，僅根據(jù)觀察隔水層表面是否有裂隙判斷隔水層是否遭到破壞，這樣的方法難以準(zhǔn)確得出覆巖中隔水層的破壞穩(wěn)定規(guī)律。因此，有必要設(shè)計一種新型的模擬裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)無法準(zhǔn)確判定近距煤層群保水開采過程隔水層破壞穩(wěn)定規(guī)律的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種拆裝簡便、鋪設(shè)物理模型方便，能準(zhǔn)確直觀模擬近距煤層群開采覆巖中隔水層破壞穩(wěn)定情況的相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置能準(zhǔn)確得出近距煤層群開采覆巖中隔水層的破壞穩(wěn)定規(guī)律，能夠?yàn)榻嗝簩尤罕Ｋ_采提供較準(zhǔn)確的信息，進(jìn)而可以確定不同水文地質(zhì)條件下不同的近距煤層群保水采煤方法的合理可行性。
[0005]本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]近距煤層群保水開采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括二維相似模擬試驗(yàn)架、底板、上覆巖層、加載裝置、監(jiān)測裝置、位于底板上方的下煤層和位于上覆巖層下方的上煤層。上煤層和下煤層之間有間隔巖層。上覆巖層中設(shè)有含水層和隔水層，隔水層位于含水層的下部，隔水層底部設(shè)有顯色裝置。顯色裝置包括外包裝層和顯色層，顯色層位于外包裝層內(nèi)。外包裝層為塑料袋，顯色層為無水硫酸銅粉末。塑料袋的上表面設(shè)有多個均勻排布的通孔，塑料袋為透明材質(zhì)。
[0007]進(jìn)一步，上述的二維相似模擬試驗(yàn)架包括底座、左立柱、右立柱、前擋板和后擋板；左立柱、右立柱分別豎直固定連接在底座兩端；左立柱、右立柱之間為相互平行；前擋板和后擋板均與兩立柱可拆卸活動連接。上述的前擋板和后擋板均為透明擋板，方便實(shí)驗(yàn)員清楚觀測相似模型的變化。
[0008]進(jìn)一步，上述的塑料袋長度和寬度與底座的長度和寬度相等，塑料袋的高度為I?2cm;塑料袋的內(nèi)部還設(shè)有加熱裝置。當(dāng)進(jìn)行保水采煤相似模擬實(shí)驗(yàn)時，上煤層和下煤層被開挖后，采空區(qū)上覆巖層變形破壞下沉，導(dǎo)致隔水層變形破壞產(chǎn)生裂隙，此時含水層中的水體會沿著覆巖裂隙流入隔水層底部的顯色裝置中，通過通孔使得塑料袋中白色的無水硫酸銅粉末遇水成藍(lán)色，實(shí)驗(yàn)員可以透過前、后擋板和透明的塑料袋看到顏色的變化，可以清楚判斷含水層的破壞穩(wěn)定規(guī)律。隨著上煤層逐漸被開挖，采空區(qū)上覆巖層破壞逐漸穩(wěn)定，之前隔水層中的裂隙逐漸閉合穩(wěn)定，阻止了含水層中的水體向下流動，此時通過加熱裝置加熱，藍(lán)色的硫酸銅晶體重新變?yōu)榘咨珶o水硫酸銅粉末，由此顯色裝置可以循環(huán)使用。
[0009]進(jìn)一步，上述的上覆巖層中有應(yīng)力傳感器、濕度傳感器和位移傳感器，應(yīng)力傳感器、濕度傳感器、位移傳感器通過導(dǎo)線與數(shù)據(jù)采集儀和計算機(jī)連接。
[0010]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn):
[0011](a)該模擬裝置拆裝簡便，鋪設(shè)物理模型方便，實(shí)驗(yàn)員可以通過透明的前、后擋板清楚觀測相似模型的破壞穩(wěn)定情況；
[0012](b)相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型能夠模擬和判斷采用不同開采方式煤層被開挖后隔水層的破壞變化情況，能準(zhǔn)確得出近距煤層群開采覆巖中隔水層的破壞穩(wěn)定規(guī)律。該裝置通過在隔水層底部設(shè)置含有無水硫酸銅粉末的顯色裝置，當(dāng)隔水層破壞產(chǎn)生裂隙后，利用水體通過隔水層中裂隙進(jìn)入顯色裝置后可以讓白色的無水硫酸銅粉末變?yōu)樗{(lán)色的硫酸銅晶體，進(jìn)而可以直觀判斷隔水層是否遭到破壞。該裝置能夠?yàn)榻嗝簩尤罕Ｋ_采提供較準(zhǔn)確的信息，進(jìn)而可以確定不同水文地質(zhì)條件下不同的近距煤層群保水采煤方法的合理可行性。
【附圖說明】
[0013]附圖1是本實(shí)用新型的近距煤層群保水開采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]附圖2是本實(shí)用新型中顯色裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]附圖3是本實(shí)用新型中顯色裝置的俯視示意圖；
[0016]圖中:1-二維相似模擬試驗(yàn)架;2-底板;3-上煤層;4-上覆巖層;5-加載裝置;6_含水層;7-隔水層;8-下煤層;9-間隔巖層；10-顯色裝置；101-塑料袋；102-通孔；103-加熱裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作更進(jìn)一步的說明，以便本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員了解本實(shí)用新型。
[0018]近距煤層群保水開采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括二維相似模擬試驗(yàn)架1、底板2、上覆巖層4、加載裝置5、監(jiān)測裝置、位于底板2上方的下煤層8和位于上覆巖層4下方的上煤層3。上煤層3和下煤層8之間有間隔巖層9。上覆巖層4中設(shè)有含水層6和隔水層7，隔水層7位于含水層6的下部，隔水層7底部設(shè)有顯色裝置10 ο顯色裝置10包括外包裝層和顯色層，顯色層位于外包裝層內(nèi)。外包裝層為塑料袋101，顯色層為無水硫酸銅粉末。塑料袋101的上表面設(shè)有多個均勻排布的通孔102，塑料袋101為透明材質(zhì)。
[0019]二維相似模擬試驗(yàn)架I包括底座、左立柱、右立柱、前擋板和后擋板。左立柱、右立柱分別豎直固定連接在底座兩端。左立柱、右立柱之間為相互平行。前擋板和后擋板均與兩立柱可拆卸活動連接。前擋板和后擋板均為透明擋板。
[0020]塑料袋101為透明材質(zhì)，其長度和寬度與底座的長度和寬度相等，塑料袋的高度為I?2cm，優(yōu)選為1.5cm;塑料袋101的內(nèi)部還設(shè)有加熱裝置103。上覆巖層4中有應(yīng)力傳感器、濕度傳感器和位移傳感器，應(yīng)力傳感器、濕度傳感器、位移傳感器通過導(dǎo)線與數(shù)據(jù)采集儀和計算機(jī)連接。
[0021]在使用該近距煤層群保水開采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)時，根據(jù)實(shí)際采礦水文地質(zhì)條件將底板2、下煤層8、上煤層3、上覆巖層4、顯色裝置10、隔水層7、含水層6以及加壓裝置5從下往上依次疊設(shè)于二維相似模擬試驗(yàn)架I內(nèi)。同時將監(jiān)測應(yīng)力傳感器、位移傳感器和濕度傳感器埋置在上覆巖層相似材料中。
[0022]在進(jìn)行煤層開挖時，上煤層3和下煤層8依次被被開挖后，采空區(qū)上覆巖層變形破壞下沉，導(dǎo)致隔水層7變形破壞產(chǎn)生裂隙，此時含水層6中的水體會沿著覆巖裂隙流入隔水層7底部的顯色裝置10中，通過通孔102使得塑料袋101中白色的無水硫酸銅粉末遇水成藍(lán)色，實(shí)驗(yàn)員可以透過前、后擋板和透明的塑料袋看到顯色裝置的顏色變化，可以清楚判斷含水層的是否被破壞，得出近距煤層群保水開采隔水層破壞規(guī)律。隨著上煤層3逐漸被開挖，采空區(qū)上覆巖層破壞逐漸穩(wěn)定，之前隔水層7中的裂隙逐漸閉合穩(wěn)定，阻止了含水層6中的水體向下流動，此時通過加熱裝置103加熱，藍(lán)色的硫酸銅晶體重新變?yōu)榘咨珶o水硫酸銅粉末，由此顯色裝置10可以循環(huán)使用。同時利用埋置在上覆巖層4中的應(yīng)力傳感器、位移傳感器和濕度傳感器隨時監(jiān)測采場覆巖礦壓、位移和濕度變化情況。
[0023]以上實(shí)施方式僅用以說明本實(shí)用新型而并非限制本實(shí)用新型所描述的技術(shù)方案；因此盡管本說明書參照上述的各個實(shí)施方式對本實(shí)用新型已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本實(shí)用新型進(jìn)行修改或者等同替換;而一切不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.近距煤層群保水開采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括二維相似模擬試驗(yàn)架(I)、底板(2)、上覆巖層(4)、加載裝置(5)、監(jiān)測裝置、位于底板(2)上方的下煤層(8)和位于上覆巖層(4)下方的上煤層(3);上煤層(3)和下煤層(8)之間有間隔巖層(9);所述上覆巖層(4)中設(shè)有含水層(6)和隔水層(7);所述隔水層(7)位于含水層(6)的下部，其特征在于，所述隔水層(7)底部設(shè)有顯色裝置(10);所述顯色裝置(10)包括外包裝層和顯色層;所述顯色層位于外包裝層內(nèi)；所述外包裝層為塑料袋(101);所述顯色層為無水硫酸銅粉末;所述的塑料袋(101)的上表面設(shè)有多個均勻排布的通孔(102);所述的塑料袋(101)為透明材質(zhì)。2.如權(quán)利要求1所述的近距煤層群保水開采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的二維相似模擬試驗(yàn)架(I)包括底座、左立柱、右立柱、前擋板和后擋板;左立柱、右立柱分別豎直固定連接在底座兩端;左立柱、右立柱之間為相互平行;所述前擋板和后擋板均與兩立柱可拆卸活動連接。3.如權(quán)利要求2所述的近距煤層群保水開采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的前擋板和后擋板均為透明擋板。4.如權(quán)利要求3所述的近距煤層群保水開采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的塑料袋(101)的長度和寬度與底座的長度和寬度相等;所述塑料袋的高度為I?2cm。5.如權(quán)利要求4所述的近距煤層群保水開采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的塑料袋(101)的內(nèi)部還設(shè)有加熱裝置(103)。6.如權(quán)利要求5所述的近距煤層群保水開采相似模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的上覆巖層(4)中有應(yīng)力傳感器、濕度傳感器和位移傳感器，應(yīng)力傳感器、濕度傳感器、位移傳感器通過導(dǎo)線與數(shù)據(jù)采集儀和計算機(jī)連接。
【文檔編號】G01N33/24GK205562534SQ201620058848
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年1月21日
【發(fā)明人】許猛堂, 張開智, 金志遠(yuǎn), 李海軍, 吳建瓊, 穆靜強(qiáng)
【申請人】貴州理工學(xué)院