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专利号: 2022107863266
申请人: 河南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.断层活化诱发煤层覆岩离层突水三维相似模拟装置,其特征在于,包括模拟岩层,在模拟岩层之间错层设置有水平密封塑料薄膜袋,设置与水平密封塑料薄膜袋连通的倾斜密封塑料薄膜袋,倾斜密封塑料薄膜袋下端出水口与出水管连接,上方的水平密封塑料薄膜袋的入水口与进水管连通;

模拟岩层下设置并排木块模拟待开采煤层;

木块设置在底部滑动支撑系统之上,所述底部滑动支撑系统包括滑动支撑上部钢板、两个对称的滑动支撑竖向钢板和滑动支撑下部钢板和滑轮;

滑动支撑上部钢板通过滑动支撑竖向钢板与滑动支撑下部钢板焊接,滑动支撑下部钢通过钢筋龙骨连接钢筋与钢筋龙骨焊接,滑轮中间穿设有滑轮钢筋,滑轮钢筋一端通过滑轮外部支撑与滑动支撑下部钢板固定连接,另一端与钢筋龙骨焊接;

木块铺设在滑动支撑上部钢板上,木块上铺设有模拟岩层,模拟岩层内设置有微型土压力盒,微型土压力盒连接应变电阻仪器和计算机,将测得的数据传输到计算机;

模拟岩层和木块设置在模拟岩层围挡系统内,所述模拟岩层围挡系统包括两个对称的回字钢底座支撑,煤柱材料支撑放置在回字钢底座支撑上,煤柱材料支撑上设置有模拟岩层围挡支撑;

在两个回字钢底座支撑之间设置有多个底部滑动支撑系统;

在模拟岩层围挡系统四周设置加载系统,加载系统的负荷随深度增加线性增大;

加载系统包括液压缸,液压缸通过液压小出油管与液压出油管连通,通过液压小进油管与液压进油管连通;

各液压出油管和液压进油管汇入液压油总管,液压油总管连接液压泵;

液压缸内设有液压柱,液压柱用于对模拟岩层施加侧向压力,每个液压柱单独施加荷载,根据地质条件实现水平和竖直方向的地应力模拟。

2.如权利要求1所述的断层活化诱发煤层覆岩离层突水三维相似模拟装置,其特征在于,还包括有模拟断层活化诱发煤层覆岩离层突水系统,所述模拟断层活化诱发煤层覆岩离层突水系统包括量筒、开关阀、流量计、进水软管、进水口硬管和出水管;

进水口硬管与量筒之间设有进水软管,进水软管上设有流量计和开关阀;出水管与量筒之间设有流量计和开关阀。

3.采用权利要求1所述的断层活化诱发煤层覆岩离层突水三维相似模拟装置进行试验的方法,其特征在于,包括如下步骤:S1、分析实例水文地质资料,简化地层,确定模拟的比例,以及模拟岩层的相似材料的配比;

S2、将模拟煤层的木块依次并排放置在滑动支撑上部钢板上,模拟岩层围挡系统中央放置倾斜密封塑料薄膜袋,倾斜密封塑料薄膜袋下端出水口与出水管粘接;

S3、在倾斜塑料薄膜两侧设置倾斜的薄钢板,在薄钢板左侧模拟岩层围挡系统内铺设第一模拟岩层,薄钢板右侧铺设第二模拟岩层,铺设完成后,在其上表面撒上云母片粉末;

S4、在第一模拟岩层上方设置水平密封塑料薄膜袋,水平密封塑料薄膜袋右侧与倾斜密封塑料薄膜袋连通,水平密封塑料薄膜袋左侧与进水口硬管粘接,重新用两块倾斜设置的薄钢板将倾斜密封塑料薄膜袋夹持,然后在左侧模拟岩层围挡系统内铺设第三模拟岩层,右侧铺设第四模拟岩层,薄钢板的操作同S3,铺设完成后,撒上云母片粉末,抽出两个薄钢板;

S5、 在第四模拟岩层上方设置水平密封塑料薄膜袋,该水平密封塑料薄膜袋一侧与倾斜密封塑料薄膜袋连通,一侧与进水口硬管连通;

重新用两块倾斜的薄钢板将倾斜密封塑料薄膜袋夹持,然后在左侧模拟岩层围挡系统内铺设第五模拟岩层,右侧铺设第六模拟岩层;

S6、模型加载:待模型干燥后,横向和纵向加载装置系统对模拟岩层围挡进行加载,试验过程中四周随着深度增加而线性增大的侧向水平荷载保持恒定;

S7、模型开挖:根据模型相似比,确定每次开挖的尺寸大小,确定每次需要抽出底部滑动支撑的个数,抽出部滑动支撑系统取出木块模拟煤层开采,抽出滑动支撑系统的同时用一个不带有木块的部滑动支撑系统从工作台的另一侧紧随着插入,煤层开采诱发断层活化,进而断层活化诱发覆岩离层突水;模拟煤层开挖期间,记录进水口和出水口的量筒中水量的变化;

S8、信号采集与处理:开采过程中,实时记录每一个微型土压力盒的数据,以及每个流量计的水流量的变化,并分析数据。

4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,S3中模拟岩层分段进行铺设,每铺设一定厚度的模拟岩层后将薄钢板上移,始终保持薄钢板下部处于模拟岩层内,铺设时将微型土压力盒铺设在各模拟岩层的中部或中下部。