[发明专利]矿井水渗流物理模拟装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种矿井水渗流物理模拟装置，属矿井水渗流模拟装置。尤其适用于矿井突水环境的模拟，可实现对矿井巷道迎头、底板、顶板等的突水环境与突水量的物理模拟，以及对地下水渗流过程中水力学参数与静电场、温度场变化的同步观测。

背景技术：

煤矿生产过程中受到矿井水害的威胁，在巷道掘进和工作面生产过程中往往会出现矿井涌、突水，给矿井安全带来严重的影响，所造成的人员生命财产和经济损失巨大。因此开展矿井突水机理研究具有重要的理论和实践意义。长期以来对矿井突水机理研究大多建立在现场的放水试验、力学数值模拟计算和电模拟等方面，而通过渗流实验装置进行针对性的物理模拟具有一定的难度，未能很好的开展。

发明内容：

本发明的目的是提供一种矿井水渗流物理模拟装置，对矿井涌、突水环境进行物理模拟。

本发明是以如下技术方案实现的：一种矿井水渗流物理模拟装置，其特征在于：包括支架，在支架上通过转轴安装有可绕转轴进行360°旋转的模拟腔体；所述的模拟腔体包括含水层腔体和与含水层腔体连通的突水量腔体，在含水层腔体和突水量腔体间装设有筛网封头；在所述的含水层腔体外壁上沿轴向等距分布有四列电极孔和两列传感器安装孔，在含水层腔体的外侧端部装有带进水口的含水层腔端盖；在所述的突水量腔体外壁上沿轴向等距分布有两列传感器安装孔，突水量腔体的外侧端部安装有带有出水口的突水量腔端盖。

上述技术方案是在长期矿井水防治技术研究和数值模拟研究的基础上，结合了矿井地球物理勘探的新进展。对巷道及工作面突涌水环境进行物理模拟，测试渗流过程的水力学参数及地球物理场参数，并模拟分析渗流环境与突水条件、突水水量等关键技术参数，为矿井水防治技术研究提供理论基础与技术指导。尤其是实现在静、动水力学条件下突水水量的定量模拟。为矿井突水机理和突水水量的研究提供实验技术手段，也适用于岩土工程、地下工程等领域的防治水研究与工程。针对矿井防治水领域中的地下水动力学、矿井地球物理场、矿井水害防治具有重大研究价值和广阔的应用前景。

本发明的有益效果是：

(1)装置可进行360°旋转，适用于矿井水渗流在巷道迎头、顶板、底板三种突水类型与突水量的收集；

(2)能进行微差压、微水量的精确测量和渗流动力学参数、地电场、声场、温度场实时并行在线观测模拟试验；

(3)能进行对矿井巷道迎头的孔隙水、裂隙水、断层水、老空水、岩溶水，对矿井工作面底板岩溶裂隙水、断层水、陷落柱水，对矿井工作面顶板淋水、突水、溃水等突水环境与突水量的物理模拟试验；

(4)能实现不同固体介质和关键层的突水特征模拟。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的主视结构示意图；

图3是本发明的侧视结构示意图；

图4是本发明的俯视结构示意图；

图5是本发明的支架与环形套卡连接示意图。

图中：1、含水层腔端盖，2、电极孔，3、法兰盘，4、传感器安装孔，5、含水层腔体，6、筛网封头，7、中腔体，8、环形套卡，9、突水量腔体，10、支架，11、螺栓，12、突水量腔端盖，13、转轴。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明的矿井水渗流物理模拟装置主要由支架10和安装在支架10上的模拟腔体构成。模拟腔体安装在支架10上，可进行360°旋转；模拟腔体包括含水层腔体5和与含水层腔体5连通的突水量腔体9，在含水层腔体5和突水量腔体9间装设有筛网封头6；根据实验情况含水层腔体5和突水量腔体9的长度可连接多个腔体组成，本实施例采用法兰盘3连接。图中的含水层腔体5和突水量腔体9各为2节，用法兰盘3和螺栓11连接。图中的含水层腔体5和突水量腔体9各为2节，用法兰盘3和螺栓11连接。图中的含水层腔体5和突水量腔体9用中腔体7连接在一起。筛网封头6安装在中腔体7内。中腔体7的外壁上设有将其抱紧的环形套卡8，环形套卡8的两侧分别固定有转轴13，转轴13的另一端与支架10活动连接，实现模拟腔体可绕转轴进行360°旋转。在所述的含水层腔体5外壁上沿轴向等距分布有四列电极孔2和两列传感器安装孔4，用于安装温度探头、水压力探头、声场探头等数据采集装置。在含水层腔体5的外侧端部装有带进水口的含水层腔端盖1；在所述的突水量腔体9外壁上沿轴向等距分布有两列传感器安装孔4，突水量腔体9的外侧端部安装有带有出水口的突水量腔端盖12。在每个电极孔2的孔内均装设有连接电极的导电螺母。每个传感器安装孔4内均装有密封塞。