[发明专利]一种采动破碎岩体水砂运移试验系统及监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采动破碎岩体水砂运移试验系统及监测方法。 

背景技术

近年来随着煤矿开采强度的不断加大和开采上限的持续提高，上覆松散含水层受采动影响，含砂量较高的水砂混合物溃入井下工作面，导致造成财产损失甚至人员伤亡的地质灾害时有发生，给矿井的安全生产带来很大威胁，严重制约着煤炭工业的发展。1990年4月20日，瓷窑湾煤矿发生冒顶突水溃砂灾害，涌水量达200m³/h，总溃砂量4000m³以上，造成一采区304m长皮带巷被砂充填厚度达2m（巷道高4.5m），地面形成圆锥形塌坑（直径28m，深14m），水位迅速下降，水库干涸。1990年12月28日，瓷窑湾煤矿又发生一次冒顶突水溃砂，涌水量50m³/h，溃砂量达6000m³。1996年6月1日，扎赉诺尔铁北矿多次放生突水溃砂，由于Ⅱ _2a煤层顶板工作面冒顶，形成的破裂带与第一含水层沟通，突出水砂1700m³。1989年6月22日，安徽淮北矿区百善矿666工作面因多次挑顶破坏了顶板上的强风化岩层而沟通了松散层底部的砂土，突出水砂1000m³。2002年10月31日，邹城市横河煤矿1931E工作面发生溃砂事故，2名人员被堵在巷道中。2002年11月10日淮北矿业集团公司桃园煤矿二采区1022 _上工作面（准备面），切眼上口发生突水、溃砂事故，死亡4人，受伤1人，直接经济损失130多万元，直接原因：1022_上工作面风巷布置在软弱、松散、破碎的基岩风化带内，切眼上口重复垮棚冒顶，高冒区形成冒落漏斗，难以形成冒落拱，致使冒落带不断向上发育直至第四含水层导通第四含水层，致使四含水、泥、砂、砾石溃入井下。井下工作面涌水溃砂事故的发生，不仅影响了矿井的正常生产，还威胁了工人的生命安全。 

要保证煤炭资源的稳步开发，摆脱突水溃砂灾害的严重困扰，在水体下（包括地表水体和含水层）采煤时，防止水砂突涌，科学合理的设计开采上限，进行顶板水作用下采动覆岩空间裂隙演化规律、渗流、突涌水砂模拟，获得工作面涌水溃砂动力机制，是亟待解决的关键问题之一。由于地下采掘工程隐蔽性的特点，使得采煤引起的水砂突涌的机理研究和影响因素难以借助现场观测进行研究，室内试验成为解决这一问题的有效手段。通过设置不同水砂混合物成分、不同水压力、不同破碎岩体组合等试验参数，定量化地研究水砂混合物运移及涌出的多种地质信息，获得不同模型试验水砂混合流运移过程中不同位置监测的水压力变化曲线，同时分析水砂流速度与破碎岩体组合的关系，观测水砂溢出口出砂量与时间的变化关系，对预防井下涌水溃砂灾害和保证安全生产具有重大指导意义。 

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于采动破碎岩体水砂运移的试验系统及监测方法，定量化地研究水砂混合物运移及涌出的多种地质信息，分析水砂流速度与破碎岩体组合的关系，获取不同地层组合的水砂运移参数。 

为解决上述技术问题，本发明方案包括： 

一种采动破碎岩体水砂运移试验系统，其包括支架，其中，所述支架上设置有试验仓，所述试验仓包括上仓体与下仓体，所述上仓体与所述下仓体通过一连接件相连接；所述上仓体设置能沿所述上仓体移动的顶板，所述顶板上均匀布置有若干个透水孔，所述顶板上设置有用于施加竖直压力的加载液压缸，所述顶板上设置有排水阀与进水阀；所述试验仓内设置有隔水板承载环体，所述隔水板承载环体能沿所述试验仓内壁移动，所述所述隔水板承载环体与所述试验仓内壁为动密封，所述脆性环氧树脂隔水板下方的所述下仓体内设置有竖直布置的破碎杆，所述破碎杆的尖端部与所述脆性环氧树脂隔水板之间存在一间隙；所述下仓体底部设置有出口，所述出口下方的所述支架上设置有水砂收集装置；所述上仓体内均匀布置有多个压力传感器，所述下仓体的内壁上均匀布置有多个孔隙水压力传感器，孔隙水压力传感器的端头与所述下仓体的内壁相平；所述上仓体内铺设有砂层，所述下仓体内铺设有岩块层，所述隔水板承载环体位于砂层与岩块层之间，砂层与岩块层形成模拟材料；随所述顶板向下移动，使砂层带动所述脆性环氧树脂隔水板也向下移动，所述破碎杆的尖端部击碎所述脆性环氧树脂隔水板，使所述上仓体与所述下仓体相连通。 

所述的采动破碎岩体水砂运移试验系统，其中，所述进水阀与一水压水量双控伺服装置相连通，所述加载液压缸与一位移压力双控伺服装置相连接，所述水压水量双控伺服装置与所述位移压力双控伺服装置均与一控制中心通信连接。