[发明专利]一种多介质渗透试验装置及其测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及矿业工程技术领域，尤其涉及一种多介质渗透试验装置及其测试方法。

背景技术

煤矿在孔隙含水层下开采，最大的水害威胁是孔隙含水层水(砂)通过导水裂隙带溃入采空区，导致灾害事故。安徽淮北煤田桃园煤矿1022综采工作面曾发生孔隙含水层突水溃砂事故，导致5人死亡，直接经济损失数千万元；淮北煤田祁东煤矿3₂22工作面曾发生孔隙含水层突水淹井事故，损失数亿元。

煤层开采通常在顶板覆岩中出现“三个带”：自下而上依次为冒落带、导水裂隙带和弯曲带。若孔隙含水层与导水裂隙带相连(附图1)，将会潜在突水溃砂威胁。但突水溃砂量及其历时变化、临界水力梯度或破坏水力梯度、突水溃砂灾害程度以及是否可控等，取决于很多因素，包括孔隙含水层的水头压力、颗粒组成、水理参数、导水裂隙宽度等，通常情况下，要在开采前做孔隙含水层下开采水砂渗透试验，定量研究孔隙介质(孔隙含水层)中水砂经过裂隙介质(导水裂隙带)再通过孔隙介质(冒落带)的流变性的诸多影响因素。

在工程上，关于介质渗透试验，多是测试单一介质(如砂样或粘性土样)的渗透系数，现有的装置有土样管渗透仪、70型渗透仪(包括改进的70型渗透仪)等。但对于多种介质互层的渗透试验装置，目前处于空白状态。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种多介质渗透试验装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种多介质渗透试验装置，包括试样筒，所述试样筒内从上到下依次分为砂砾样层、带裂隙的混凝土样层、碎石样层，所述碎石样层的底部设有滤板，所述滤板的下方设有盛水砂塑料桶，所述砂砾样层的顶部设有密封件，所述砂砾样层的底部、中间部、顶部分别连接有1号测压管、2号测压管、3号测压管，所述1号测压管、2号测压管、3号测压管的另一端均与坐标纸紧贴相连，所述砂砾样层的顶部通过导管连接有水箱，所述带裂隙的混凝土样层的裂隙区穿过有细铁丝，所述裂隙区的底部与顶部端面设有薄塑料皮，所述细铁丝的顶端连接薄塑料皮底端穿过滤板中央并拧成一股铁丝。

作为本发明的优选方式之一，还包括进水阀，所述进水阀设于水箱与试样筒之间。

作为本发明的优选方式之一，所述水箱为高度可调节的水箱且悬挂于墙上。

作为本发明的优选方式之一，所述砂砾样层模拟孔隙含水层，所述带裂隙的混凝土样层模拟导水裂隙带，所述碎石样层模拟冒落带。

作为本发明的优选方式之一，所述试样筒为钢质圆筒。

作为本发明的优选方式之一，还包括支撑结构与箍筋，所述支撑结构包括支架底座与支架立杆，所述支架底座上垂直相对设有一对支架立杆，每个所述支架立杆与支架底座之间设有加强筋保护支撑，所述试样筒外壁上焊接有箍筋，所述试样筒通过箍筋与支撑结构相连。

作为本发明的优选方式之一，还包括加压螺栓与固定横档，所述固定横档水平设于支架立杆之间，所述固定横档中间设有与加压螺栓相匹配的加压螺栓插孔，所述加压螺栓底部连接密封件，上端穿过加压螺栓插孔。

作为本发明的优选方式之一，还包括插销，所述固定横档与支架立杆连接处设有与插销相匹配的插销孔。

作为本发明的优选方式之一，所述滤板上下端面上设有供砂砾样中的水砂渗出的网眼，所述网眼的面积率75％左右，所述滤板四周通过四个相匹配的螺丝螺帽与试样筒内壁固定相连。

本发明还公开了一种多介质渗透试验装置的测试方法，包括安装方法与试验方法；

所述安装方法包括以下步骤：

第一步：将试样筒架于支撑结构上，并固定；

第二步：安装滤板，即用四个螺丝将滤板固定于试样筒底部；

第三步：将细铁丝从滤板中央网眼穿过，下端留15cm长；

第四步：安装配置好的碎石样层，顶面大致保持水平，在混凝土样的裂隙位置铺薄塑料皮(绑定于细铁丝上)，薄塑料皮面积略大于裂隙面积；

第五步：安装预制好的带裂隙混凝土样层，细铁丝从裂隙中穿过，可以分支若干根，但都要拧于成一股，以便同时拉出，用熔化的石蜡密封混凝土层与试样筒内壁之间的空隙，以确保来自砂砾样中的水(砂)全部从裂隙中渗出；

第六步：将混凝土裂隙充满粉砂(记录粉砂量)，然后在裂隙顶面铺薄塑料皮(绑定于细铁丝上)，薄塑料皮面积略大于裂隙面积，四周涂少许止水材料；

第七步：安装配置好的砂砾样，顶面大致保持水平；

第八步：安装密封件和固定横档，拧紧加压螺栓；

第九步：安装水箱、进水阀并连接到试样筒上；