受采動(dòng)影響煤層底板突水模擬試驗(yàn)系統(tǒng)技術(shù)方案

受采動(dòng)影響煤層底板突水模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，包括模擬試驗(yàn)裝置、操作控制臺和水壓控制裝置，操作控制臺通過控制電纜分別與模擬試驗(yàn)裝置和水壓控制裝置連接，水壓控制裝置通過進(jìn)水管與模擬試驗(yàn)裝置連接，模擬試驗(yàn)裝置包括外框架和設(shè)在外框架內(nèi)的試驗(yàn)臺。本實(shí)用新型專利技術(shù)在外框架的中部設(shè)置一密封性良好的試驗(yàn)臺，將試樣放置在試驗(yàn)臺內(nèi)，施加縱向應(yīng)力與橫向應(yīng)力，然后開挖煤層收集相關(guān)數(shù)據(jù)，模擬高水壓與底板巖性變化、底板突水全過程，從而獲得底板突水的相關(guān)數(shù)據(jù)，應(yīng)用于生產(chǎn)作業(yè)中，提高了采煤作業(yè)的安全性，本實(shí)用新型專利技術(shù)操作簡單、密封性好、自動(dòng)化程度高、試驗(yàn)結(jié)果精準(zhǔn)更接近實(shí)際。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)屬于煤礦安全生產(chǎn)突水試驗(yàn)
，尤其涉及一種受采動(dòng)影響煤層底板突水模擬試驗(yàn)系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
煤礦突水一直是煤礦工作者關(guān)注的重點(diǎn)，頻繁的突水事故給人民的生命與財(cái)產(chǎn)帶來了極大的損失。隨著近年來各種模擬軟件如FLAC-3D、Particle Flow Code、Ansys等數(shù)值手段的不斷研究深入，對于煤層底板突水問題的機(jī)理研究也變得較為多樣，并在突水前巖體的滲流場、應(yīng)力場等方面，取得了一定成果。但是由于底板斷層突水災(zāi)害的復(fù)雜性，尤其是深井開采誘發(fā)因素較多，僅僅依靠理論計(jì)算、數(shù)值模擬難以進(jìn)行分析研究，無法為底板斷層突水過程提供較為全面的認(rèn)識和分析。針對煤層底板突水機(jī)理的研究，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量的研究工作。20世紀(jì)40、50年代，匈牙利韋格弗倫斯第一次提出“底板相對隔水層”的概念。20世紀(jì)60年代，以煤科總院為代表，提出了采用突水系數(shù)作為預(yù)測預(yù)報(bào)底板突水與否的標(biāo)準(zhǔn)。其后，80年代初山東科技大學(xué)的學(xué)者提出了“下三帶”理論，該理論認(rèn)為開采煤層底板也像采動(dòng)覆巖那樣存在著三帶，即：底板破壞帶、完整巖層帶（保護(hù)帶）與承壓水導(dǎo)高帶。而煤科總院北京開采所的學(xué)者綜合采動(dòng)效應(yīng)及承壓水運(yùn)動(dòng)，提出了原位張裂與零位破壞理論，該理論揭示了底板巖體移動(dòng)的發(fā)生、發(fā)展、形成和變化的全過程。中科院地質(zhì)所提出的“強(qiáng)滲通道”說認(rèn)為底板是否發(fā)生突水，關(guān)鍵在于是否具備突水通道。煤科院西安分院提出的“巖水應(yīng)力關(guān)系”說認(rèn)為底板突水是巖、水與應(yīng)力共同作用的結(jié)果。中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)者提出的關(guān)鍵層理論認(rèn)為在煤層底板采動(dòng)破壞帶之下，含水層之上存在一層承載能力最高的巖層，稱為“關(guān)鍵層”，底板是否發(fā)生突水由關(guān)鍵層所控制。在實(shí)驗(yàn)室研究方面，國內(nèi)外在近幾十年取得了顯著的進(jìn)展，但相似模擬試驗(yàn)的研究進(jìn)展相對滯后。Romm，Snow等人相繼進(jìn)行裂隙巖體水力學(xué)的試驗(yàn)研究，并建立了裂隙巖體滲流模型，初步得到了巖體應(yīng)力和滲流之間的一些基本關(guān)系。黎良杰、楊映濤等利用相似材料模擬試驗(yàn)，模擬了采場底板突水機(jī)理。王金安研制了橡膠液壓囊作為承壓水體模擬裝置，對承壓水體上采煤進(jìn)行了相似模擬試驗(yàn)。趙毅鑫等利用雙向加載相似模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，結(jié)合基于獨(dú)立彈簧組模擬承壓水加載的試驗(yàn)裝置，開展了考慮地應(yīng)力影響條件下承壓水上工作面開采底板運(yùn)移規(guī)律的相似模擬試驗(yàn)研究。相似模擬試驗(yàn)是以相似理論、因次分析作為依據(jù)的試驗(yàn)研究方法，具有直觀、能解決理論分析、數(shù)值模擬難以解決的各種破壞問題，相比于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)更適用于礦山領(lǐng)域巖體突水的模型試驗(yàn)研究。原蘇聯(lián)學(xué)者首先采用相似材料立體模型對采空區(qū)底板巖層的變形進(jìn)行了研究；對于突水的相似模擬試驗(yàn)，我國上世紀(jì)80、90年代就有一定的研究，中國礦業(yè)大學(xué)、西安煤科院等單位先后開展煤層底板突水的相似物理模型試驗(yàn)，通過無斷層構(gòu)造條件下底板突水的相似物理模型試驗(yàn)，證明了底板的OX型破壞特征，并解釋了底板突水點(diǎn)的分布規(guī)律；又通過對完整底板和含地質(zhì)構(gòu)造的底板進(jìn)行模擬試驗(yàn)，表明完整底板破壞突水沿“零位破壞”線發(fā)生，斷層影響下突水與斷層性質(zhì)、采空區(qū)大小有密切關(guān)系。由于固–流耦合問題的復(fù)雜性，以往的研究往往做不到滲流模擬，僅采用柔性加載模擬水壓力的外力等效性。對于承壓水的模擬有多種方式，主要有采用橡膠水袋模擬含水層或選用流固耦合相似材料直接用于承壓水導(dǎo)通性試驗(yàn)，其中承壓水袋制作周期長、壓力不易控制及無法模擬底板破壞后承壓水導(dǎo)升而產(chǎn)生的賦水灰?guī)r局部水壓降低的特征；而選用特制的相似模擬材料并直接采用高壓水進(jìn)行模擬，對于設(shè)備的密封性和所選相似材料均有較高要求。另外，在相似模擬中同時(shí)施加承壓水壓力和地應(yīng)力相對較為復(fù)雜，目前仍未見理想的試驗(yàn)系統(tǒng)。煤層底板突水是嚴(yán)重影響我國煤礦資源安全開采的重要因素，高承壓水體上大范圍開采防治底板水已成為關(guān)鍵性難題。近年來，隨著礦井開采深度的不斷增加，煤層底板奧陶紀(jì)灰?guī)r高承壓水的危害逐漸加劇。為此，眾多學(xué)者對承壓水上采煤底板破斷規(guī)律進(jìn)行了大量研究，得到許多有價(jià)值的結(jié)論。由于該問題在理論研究方面的復(fù)雜性和現(xiàn)場觀測方面的困難性，使得通過相似模擬試驗(yàn)研究帶壓開采突水機(jī)理及底板破斷規(guī)律成為有效的分析手段之一。然而，在相似模擬試驗(yàn)研究中如何體現(xiàn)底板的應(yīng)力環(huán)境、承壓水作用、承壓水的壓力穩(wěn)定及承壓水在沿底板破裂帶導(dǎo)升后其對應(yīng)壓力降低等特征是試驗(yàn)?zāi)芊穹从硨?shí)際問題的關(guān)鍵。目前，在有關(guān)模擬受采動(dòng)影響煤層底板突水試驗(yàn)中，對于承壓水壓力的控制大多采用柱塞泵、穩(wěn)壓器配合 EDC 控制系統(tǒng)軟件來實(shí)現(xiàn)。這種系統(tǒng)投資成本高，并且運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)根據(jù)補(bǔ)水壓力頻繁啟停補(bǔ)水泵，一方面消耗電能，另一方面頻繁啟停水泵將對水泵電機(jī)、機(jī)封損害較大，后期維護(hù)費(fèi)用較高。另一方面，頻繁啟停補(bǔ)水泵會(huì)造成瞬時(shí)的壓力不穩(wěn)定。由此可見，現(xiàn)有技術(shù)有待于更進(jìn)一步的改進(jìn)和發(fā)展。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、密封性好、試驗(yàn)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度高的受采動(dòng)影響煤層底板突水模擬試驗(yàn)系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)采用如下技術(shù)方案：受采動(dòng)影響煤層底板突水模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，包括模擬試驗(yàn)裝置、操作控制臺和水壓控制裝置，操作控制臺通過控制電纜分別與模擬試驗(yàn)裝置和水壓控制裝置連接，水壓控制裝置通過進(jìn)水管與模擬試驗(yàn)裝置連接；模擬試驗(yàn)裝置包括外框架和設(shè)在外框架內(nèi)的試驗(yàn)臺，外框架包括下框、上框、左框和右框，下框和上框均水平設(shè)置，左框和右框均垂直設(shè)置，下框左右兩端分別與左框下端和右框下端固定連接，左框和右框上部均設(shè)有固定安裝架，左框和右框上端設(shè)有固定板，上框穿套在左框和右框上，上框左右兩端設(shè)有分別位于左框左側(cè)和右框右側(cè)的活動(dòng)板，固定板和固定安裝架之間設(shè)有穿過活動(dòng)板的調(diào)節(jié)螺栓，調(diào)節(jié)螺栓上螺接有與活動(dòng)板緊固的調(diào)節(jié)螺母，左框和右框的前側(cè)及后側(cè)沿垂直方向均勻布置有安裝孔，上框前側(cè)和后側(cè)分別通過安裝螺栓與安裝孔固定連接；上框中部設(shè)有縱向液壓缸，縱向液壓缸的縱向活塞桿垂直向下，左框和右框的中部均設(shè)有一個(gè)橫向頂壓機(jī)構(gòu)，兩個(gè)橫向頂壓機(jī)構(gòu)左右對稱設(shè)置且結(jié)構(gòu)相同；下框上表面設(shè)有支撐板，支撐板上表面設(shè)有沿左右方向開設(shè)的導(dǎo)向槽；試驗(yàn)臺包括底座、左立板和右立板，底座內(nèi)設(shè)有頂部敞口的水槽，底座后部設(shè)有進(jìn)水口和出水口，進(jìn)水口與進(jìn)水管的出口連接，左立板垂直設(shè)在底座左側(cè)，左立板和底座的前側(cè)及后側(cè)邊沿設(shè)有整體呈L型的安裝臺階槽，安裝臺階槽處由內(nèi)向外依次設(shè)有L型密封墊、高強(qiáng)度透明板和環(huán)形板，L型密封墊、高強(qiáng)度透明板和環(huán)形板通過螺釘緊固在底座和左立板上，高強(qiáng)度透明板和環(huán)形板的外輪廓均為矩形結(jié)構(gòu)，安裝臺階槽與高強(qiáng)度透明板之間對應(yīng)開設(shè)有密封槽，L型密封墊中部開設(shè)有注膠縫隙，注膠縫隙內(nèi)設(shè)有軟膠管，軟膠管上設(shè)有與密封槽相通的注膠孔；右立板左側(cè)表面設(shè)有U型槽，U型槽內(nèi)設(shè)有U型密封墊，底座右端面、兩塊高強(qiáng)度透明板的右邊沿均伸入到U型槽內(nèi)并與U型密封墊接觸配合，左立板、底座、右立板和兩塊高強(qiáng)度透明板之間合圍成頂部敞口的試驗(yàn)腔，底座底部、右立板下端均設(shè)有沿導(dǎo)向槽移動(dòng)的支撐滾輪。水壓控制裝置包括外型呈圓臺形的基座，基座內(nèi)設(shè)有支撐板，支撐板上設(shè)有動(dòng)力氣罐和位于動(dòng)力氣罐周圍的至少三個(gè)儲(chǔ)液罐，每個(gè)儲(chǔ)液罐側(cè)部均設(shè)有液位計(jì)，每個(gè)儲(chǔ)液罐頂部均通過氣壓管與動(dòng)力氣罐連接，每個(gè)氣壓管上均設(shè)有一個(gè)第一調(diào)節(jié)閥和位于第一調(diào)節(jié)閥下方的進(jìn)液管接頭，儲(chǔ)液罐上部設(shè)有開度小于第一調(diào)節(jié)閥的第二調(diào)節(jié)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
受采動(dòng)影響煤層底板突水模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于：包括模擬試驗(yàn)裝置、操作控制臺和水壓控制裝置，操作控制臺通過控制電纜分別與模擬試驗(yàn)裝置和水壓控制裝置連接，水壓控制裝置通過進(jìn)水管與模擬試驗(yàn)裝置連接；模擬試驗(yàn)裝置包括外框架和設(shè)在外框架內(nèi)的試驗(yàn)臺，外框架包括下框、上框、左框和右框，下框和上框均水平設(shè)置，左框和右框均垂直設(shè)置，下框左右兩端分別與左框下端和右框下端固定連接，左框和右框上部均設(shè)有固定安裝架，左框和右框上端設(shè)有固定板，上框穿套在左框和右框上，上框左右兩端設(shè)有分別位于左框左側(cè)和右框右側(cè)的活動(dòng)板，固定板和固定安裝架之間設(shè)有穿過活動(dòng)板的調(diào)節(jié)螺栓，調(diào)節(jié)螺栓上螺接有與活動(dòng)板緊固的調(diào)節(jié)螺母，左框和右框的前側(cè)及后側(cè)沿垂直方向均勻布置有安裝孔，上框前側(cè)和后側(cè)分別通過安裝螺栓與安裝孔固定連接；上框中部設(shè)有縱向液壓缸，縱向液壓缸的縱向活塞桿垂直向下，左框和右框的中部均設(shè)有一個(gè)橫向頂壓機(jī)構(gòu)，兩個(gè)橫向頂壓機(jī)構(gòu)左右對稱設(shè)置且結(jié)構(gòu)相同；下框上表面設(shè)有支撐板，支撐板上表面設(shè)有沿左右方向開設(shè)的導(dǎo)向槽；試驗(yàn)臺包括底座、左立板和右立板，底座內(nèi)設(shè)有頂部敞口的水槽，底座后部設(shè)有進(jìn)水口和出水口，進(jìn)水口與進(jìn)水管的出口連接，左立板垂直設(shè)在底座左側(cè)，左立板和底座的前側(cè)及后側(cè)邊沿設(shè)有整體呈L型的安裝臺階槽，安裝臺階槽處由內(nèi)向外依次設(shè)有L型密封墊、高強(qiáng)度透明板和環(huán)形板，L型密封墊、高強(qiáng)度透明板和環(huán)形板通過螺釘緊固在底座和左立板上，高強(qiáng)度透明板和環(huán)形板的外輪廓均為矩形結(jié)構(gòu)，安裝臺階槽與高強(qiáng)度透明板之間對應(yīng)開設(shè)有密封槽，L型密封墊中部開設(shè)有注膠縫隙，注膠縫隙內(nèi)設(shè)有軟膠管，軟膠管上設(shè)有與密封槽相通的注膠孔；右立板左側(cè)表面設(shè)有U型槽，U型槽內(nèi)設(shè)有U型密封墊，底座右端面、兩塊高強(qiáng)度透明板的右邊沿均伸入到U型槽內(nèi)并與U型密封墊接觸配合，左立板、底座、右立板和兩塊高強(qiáng)度透明板之間合圍成頂部敞口的試驗(yàn)腔，底座底部、右立板下端均設(shè)有沿導(dǎo)向槽移動(dòng)的支撐滾輪。...

【技術(shù)特征摘要】
1.受采動(dòng)影響煤層底板突水模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于：包括模擬試驗(yàn)裝置、操作控制臺和水壓控制裝置，操作控制臺通過控制電纜分別與模擬試驗(yàn)裝置和水壓控制裝置連接，水壓控制裝置通過進(jìn)水管與模擬試驗(yàn)裝置連接；模擬試驗(yàn)裝置包括外框架和設(shè)在外框架內(nèi)的試驗(yàn)臺，外框架包括下框、上框、左框和右框，下框和上框均水平設(shè)置，左框和右框均垂直設(shè)置，下框左右兩端分別與左框下端和右框下端固定連接，左框和右框上部均設(shè)有固定安裝架，左框和右框上端設(shè)有固定板，上框穿套在左框和右框上，上框左右兩端設(shè)有分別位于左框左側(cè)和右框右側(cè)的活動(dòng)板，固定板和固定安裝架之間設(shè)有穿過活動(dòng)板的調(diào)節(jié)螺栓，調(diào)節(jié)螺栓上螺接有與活動(dòng)板緊固的調(diào)節(jié)螺母，左框和右框的前側(cè)及后側(cè)沿垂直方向均勻布置有安裝孔，上框前側(cè)和后側(cè)分別通過安裝螺栓與安裝孔固定連接；上框中部設(shè)有縱向液壓缸，縱向液壓缸的縱向活塞桿垂直向下，左框和右框的中部均設(shè)有一個(gè)橫向頂壓機(jī)構(gòu)，兩個(gè)橫向頂壓機(jī)構(gòu)左右對稱設(shè)置且結(jié)構(gòu)相同；下框上表面設(shè)有支撐板，支撐板上表面設(shè)有沿左右方向開設(shè)的導(dǎo)向槽；試驗(yàn)臺包括底座、左立板和右立板，底座內(nèi)設(shè)有頂部敞口的水槽，底座后部設(shè)有進(jìn)水口和出水口，進(jìn)水口與進(jìn)水管的出口連接，左立板垂直設(shè)在底座左側(cè)，左立板和底座的前側(cè)及后側(cè)邊沿設(shè)有整體呈L型的安裝臺階槽，安裝臺階槽處由內(nèi)向外依次設(shè)有L型密封墊、高強(qiáng)度透明板和環(huán)形板，L型密封墊、高強(qiáng)度透明板和環(huán)形板通過螺釘緊固在底座和左立板上，高強(qiáng)度透明板和環(huán)形板的外輪廓均為矩形結(jié)構(gòu)，安裝臺階槽與高強(qiáng)度透明板之間對應(yīng)開設(shè)有密封槽，L型密封墊中部開設(shè)有注膠縫隙，注膠縫隙內(nèi)設(shè)有軟膠管，軟膠管...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周甲富，李振華，卓金霞，張帥龍，杜鋒，
申請(專利權(quán))人：河南理工大學(xué)，
類型：新型
國別省市：河南;41