[发明专利]一种用于模拟煤矿地下封闭空间的试验装置

说明书

本发明公开了一种用于模拟煤矿地下封闭空间的试验装置，包括带有外注水口的试验箱、以及设置在所述试验箱内的岩体；所述岩体内设置有填充有可溶于水的支撑材料的采空区，所述采空区内设置有注水机构，且在靠近所述采空区的所述岩体上设置有与所述注水机构相连接的第一注水口；所述第一注水口用于与一所述外注水口相连接后，将水通过所述注水机构输送到所述采空区内，并在所述支撑材料溶于水后将其通过所述外注水口排出所述采空区。本发明通过用可溶于水的支撑材料来作为采空区的临时支撑物，并向采空区注水来将支撑材料进行溶解，来模拟地下水库的开挖过程。

技术领域

本发明属于矿山技术工程和水利工程领域，具体涉及一种用于模拟煤矿地下封闭空间的试验装置。

背景技术

随着我国大型能源基地建设和煤炭资源开发向西部地区的转移，大规模的煤炭开发对本就十分脆弱的西部生态环境和有限的水资源产生了更大的负面作用，富煤贫水的资源特征使西部地区的煤炭开采受到了较大的影响。

在以往的开采作业中，为了保障井下安全，矿井水的处置方法是进行处理后外排到地表，大量矿井水从井下排出造成了水资源极大的损失，使本已短缺的水资源更为短缺，并且由于矿井水中成分复杂，外排的污水在一定程度上造成了土壤盐碱化，使得矿区及周边环境出现沙漠化、荒漠化倾向。西部生态脆弱区水资源短缺的现实与能源需求之间的矛盾已成为我国煤炭工业科学发展中的重要问题，煤矿开采过程中的环境问题，特别是水资源问题，已成为影响国家能源安全，制约我国大型能源基地建设和煤炭资源开发战略西移的关键因素。

水资源既是一种基础的自然资源，也是一种重要的战略性经济资源，在煤矿开采过程中，水资源的保护也逐渐受到重视。从以往的矿井水外排这种粗犷型的开采方法，到现在的保水开采技术应用，既是理念上的转变和提高，也是技术方法上的创新。地下水库作为一种利用地下空间实现对水资源人工调蓄的设施，具有调蓄量大、不占用地面空间等天然的优势，因此被认为是一种有效的、发展前景广阔的水资源调蓄手段。利用煤矿采空区建造地下水库，实现保水开采是综合利用地下水资源、保护含水层、煤矿安全生产和矿山废弃后地下水源再利用的重大举措。“绿色煤炭”也是国家重大战略问题，将列入国家科技重大专项的重要研究内容。

但是，在地下水库建成后，其内部存有大量矿井水，形成一个含水的封闭空间，如果地下水库的人工坝体或者采空区预留的煤柱坝体发生破坏，将会引起重大的井下突水事故。特别是考虑到矿区极易发生的矿震、甚至是地震这类动力荷载作用下，以及考虑到邻近采区的人员设备的安全保障，地下水库的安全性就显得尤为重要。

目前，虽然数值模拟技术已有了长足的发展，但是作为一种基础的、直观的、可信度较高的物理模型试验，仍然是不可或缺的研究手段。在现场条件下，难以直接观察、观看、准确测试这些物理特征和相关物理力学参数，都可以通过模型试验获得并进行分析。

因此，如何尽量真实的模拟现场煤层开采方式，如何构建形成封闭空间后的地下水库模型，是研究煤层采动过程中顶底板岩体破损与裂隙发育过程和演化规律、破损岩体塌落方式，特别是在水库形成后，在振动载荷条件下水库的安全性能等一系列相关问题的重要前提，对研究和开发地下水库这种新型的“绿色煤炭”开采技术具有重要科学意义和切实有效的工程指导依据。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种用于模拟煤矿地下封闭空间的试验装置，通过用可溶于水的支撑材料来作为采空区的临时支撑物，并向采空区注水来将支撑材料进行溶解，来模拟地下水库的开挖过程。

为了实现上述目的，发明采用的技术方案如下：

一种用于模拟煤矿地下封闭空间的试验装置，包括带有外注水口的试验箱、以及设置在所述试验箱内的岩体；

所述岩体内设置有填充有可溶于水的支撑材料的采空区，所述采空区内设置有注水机构，且在靠近所述采空区的所述岩体上设置有与所述注水机构相连接的第一注水口；