[发明专利]压控式渗流试验机理及渗流时间测量装置

说明书

本发明公开了一种压控式渗流试验机理及渗流时间测量装置，属于地下空间岩层渗流模拟技术领域。本发明装置包括相似材料模拟系统、加载系统。加载系统包括空气加压系统、空气稳压装置。相似材料模拟系统包括箱体装置、相似材料。所述的箱体装置骨架为钢架结构，前后板采用可拆卸透明有机玻璃板便于观察，左右侧板可拆卸便于后期试验处理。所述的箱体装置中间设置可移动挡板，一侧为密封室。相似材料的填充在前透明板完成，所述前透明板安装位置可安装分层固定板，方便填充材料。本发明在密封室一侧充水并通过加载系统施加压力，模拟地下空间岩层渗流，通过气压表对密封室内的气压进行监测和记录，利用刻度尺观察记录密封室内水位变化，采用在密封室埋设虹吸管的方法记录渗流发生的位置和时间。本发明还可以实现采动岩层裂隙发育和坝体稳定性及渗流的模拟。

技术领域

本发明涉及采矿工程地下空间岩层渗流技术领域，具体涉及一种压控式渗流试验机理及渗流时间测量装置，同时还涉及采动岩层裂隙发育和坝体稳定性及渗流的模拟试验装置。

背景技术

伴随采矿行业的日益发展，矿井开采已经逐步转向深部开采，开采面临的地质条件更加复杂，尤其是承压水上、水下以及水体附近矿床的开采。水文地质清晰、安全措施到位可以有效减少灾害的发生，但是渗流效应在顶底板岩层的发生总是难以预测的，因此，展开采空区顶底板岩层渗流研究对于进一步提高矿井开采的安全性有着重要意义。同时对西部地区煤炭开采水资源保护与利用的研究愈加深入，地下水库已经成为解决水资源保护与利用的有效措施，对地下水库底板岩层的渗流和坝体防渗的研究已经越来越重要。

现有的渗流试验研究方法主要包括数值模拟和室内渗流试验研究。数值模拟的计算方法中试验条件理想化、材料基质均质化、地质条件单一化，这些特点决定了数值模拟的计算方法可以作为验证真实情形下渗流发生情况的一种方法。因此，研究岩石渗流特性的主要方法还是室内渗流试验。室内渗流试验主要侧重的是研究岩石渗流与应力应变的关系、岩石渗流监测方法以及渗流试验装置，现有室内渗流试验装置主要研究的方面是在低渗透压力下岩石的渗流效应。试验岩石试件主要采用圆柱形标准试件进行试验探究岩石渗流特性，这种试件的岩性相对单一，试验条件相对固定，实际上岩体具有复杂的组分和微结构，并且在开采后岩石的应力状态已经改变，再加上后期试件加工对岩石的破坏损伤，试验很难还原岩体真实的渗流特性。高渗透压力下不同压力、变压过程、动压和静压的渗流效应研究还没有形成成熟的理论成果。

为了进一步研究上述问题，研究设计了一种压控式渗流试验机理及渗流时间测量装置，考虑模拟采空区底板岩层及围岩在不同加载条件下发生的渗流效应。在实际工程中，采空区底板岩层和围岩渗流的研究对于掌握底板岩层渗流规律和围岩稳定性变化规律有着重要作用。

发明内容

本发明的目的是为了解决和进一步完善现有渗流试验装置的不足而提供一种压控式渗流试验机理及渗流时间测量装置，实现高渗透压下不同压力、变压过程、动压和静压下的采空区底板岩层和围岩的渗流模拟，同时可以测算渗流在岩层中发生的位置和时间，还可以实现采动岩层裂隙发育和坝体稳定性及渗流的模拟。本发明可以根据满足不同地质条件的要求，试验过程简单，操作简便。

本发明采用以下技术方案来解决上述问题：一种压控式渗流试验机理及渗流时间测量装置，包括相似材料模拟系统、加载系统；所述的加载系统包括空气加压系统、空气稳压装置；所述的相似材料模拟系统包括箱体装置、相似材料；所述的箱体装置骨架为钢架结构，前后板采用可拆卸透明有机玻璃板便于观察，左右侧板可拆卸便于后期试验处理；所述的箱体装置中间设置可移动挡板，一侧为密封室；所述的相似材料的填充在前透明板完成，所述前透明板安装位置可安装分层固定板，方便填充材料；试验装置通过密封槽、密封圈、凡士林层和密封胶实现密封。

本发明通过气压表对密封室内的气压进行监测和记录，利用刻度尺观察记录密封室内水位变化，采用在密封室埋设虹吸管的方法记录渗流发生的位置和时间。