煤矿开采物理相似模拟实验装置及实验方法与流程

本发明涉及煤矿开采，具体而言，涉及一种煤矿开采物理相似模拟实验装置及实验方法。

背景技术：

1、目前，为了研究煤矿开挖后上层岩体的应变情况，尤其是固液耦合的情况，即上层岩体产生在水流冲刷下产生应变的情况，通常会使用相似模拟实验的方式进行。

2、在相似模拟实验中，尤其是在采矿工程领域对水流与岩体的稳定性进行模拟时，能否有效控制水位、水量及水压是整个实验成功与否的关键所在。现有技术中，通常会从模型顶部或某一特定分层直接注水，令其自由流动与渗入，但这种方法无法有效控制水位、水量，也无法对模型内部的水进行加压，实验局限性较大；或者在模型内部放置水袋，然后通过外接管向水袋内注水，但这种方法无法准确掌握模型内部水的流动状态，也不能精确控制水位、水压等特征参数，实验效果与精度较差。

技术实现思路

1、本发明提供一种煤矿开采物理相似模拟实验装置及实验方法，以解决现有技术中的实验装置实验效果较差的问题。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种煤矿开采物理相似模拟实验装置，煤矿开采物理相似模拟实验装置包括：箱体；地层模拟体，设置在箱体内，地层模拟体具有沿高度方向依次分布的煤层模拟体、渗水层模拟体和岩层模拟体，煤层模拟体位于箱体的底部，岩层模拟体内设置有应变感应装置；注水管，设置有多个，注水管沿高度方向延伸，注水管的侧壁上设置有连通管，连通管的一端与注水管连通，连通管的另一端贯穿箱体的侧壁，且延伸至渗水层模拟体内，多个注水管的连通管能够通过渗水层模拟体相互连通，注水管具有沿高度方向相对设置的进水口与排水口，进水口位于排水口的上方，且排水口位于连通管的下方，进水口处设置有第一封堵件，第一封堵件能够打开或封堵进水口，排水口处设置有第二封堵件，第二封堵件能够打开或封堵排水口。

3、进一步地，注水管的侧壁上设置有多个连通口，多个连通口沿高度方向间隔设置，连通口用于连接连通管。

4、进一步地，沿垂直于注水管延伸方向，注水管的截面形状为圆形或矩形。

5、进一步地，注水管具有相对设置的上端口与下端口，上端口为进水口，注水管的侧壁上设置有与注水管连通的排水管，排水管远离注水管的一端为排水口，下端口处设置有第三封堵件，第三封堵件能够封堵或打开下端口。

6、进一步地，箱体沿长度方向具有相对设置的两侧，每侧均设置有多个注水管，设置在同一侧的多个注水管沿高度方向依次设置，相邻的两个注水管的上端口与下端口连通。

7、进一步地，煤层模拟体与渗水层模拟体之间设置有防水膜。

8、进一步地，煤层模拟体中具有凝胶，以降低煤层模拟体的吸水性。

9、根据本发明的另一方面，提供了一种煤矿涌水三维物理相似模拟的实验方法，实验方法使用上述的煤矿开采物理相似模拟实验装置进行，箱体沿长度方向具有相对设置的第一侧边和第二侧边，第一侧边和第二侧边均连通有注水管，实验方法包括：

10、步骤一：在箱体内沿高度方向铺设煤层模拟体、渗水层模拟体和岩层模拟体，将连通管埋入渗水层模拟体，在岩层模拟体内设置应变感应装置；

11、步骤二：挖掘煤层模拟体：

12、步骤三：通过注水管向箱体内注水至注水管内的液位达到预定的位置；

13、步骤四：继续向注水管内注水，通过应变感应装置收集岩层模拟体的应变参数。

14、进一步地，步骤四具体包括：打开第一侧边和第二侧边所连通的注水管的注水口以及第二侧边所连通的注水管的排水口，封堵第一侧边所连通的注水管的排水口，通过第一侧边连通的注水管的注水口注水。

15、进一步地，步骤四具体包括：打开第一侧边所连通的注水管的注水口和第二侧边所连通的注水管的排水口，封堵第二侧边所连通的注水管的注水口和第一侧边所连通的注水管的排水口，通过第一侧边连通的注水管的注水口注水。

16、应用本申请提供的技术方案，通过设置多个注水管，使注水管的连通管延伸至渗水层模拟体内，当进行煤层模拟体的模拟挖掘后，通过注水管和连通管即可向渗水层模拟体内注水，以模拟渗水层模拟体发生渗水，岩层模拟体发生岩体变形等后，即可通过应变感应装置判断并记录岩层模拟体的力学性能变化，以完成岩层稳定性的模拟。在注水管注水的过程中，可以通过进水口向注水管内注水，水流在经过渗水层模拟体的流动后可以通过其他连通管流向其他注水管内，注水管的进水口处设置有第一封堵件与排水口处设置有第二封堵件，通过第一封堵件和第二封堵件可以控制注水管的进水与排水，如此即可控制注水管的进水量与排水量，以控制模型内部水流动态流动的状态和流量，并且可以关闭注水管的排水口，并继续向模型内部注水，以控制模型内部水流的水位与水压，提高实验装置的实验效果。

1.一种煤矿开采物理相似模拟实验装置，其特征在于，所述煤矿开采物理相似模拟实验装置包括：

2.根据权利要求1所述的煤矿开采物理相似模拟实验装置，其特征在于，所述注水管(30)的侧壁上设置有多个连通口，多个所述连通口沿高度方向间隔设置，所述连通口用于连接所述连通管(31)。

3.根据权利要求1所述的煤矿开采物理相似模拟实验装置，其特征在于，沿垂直于所述注水管(30)延伸方向，所述注水管(30)的截面形状为圆形或矩形。

4.根据权利要求1所述的煤矿开采物理相似模拟实验装置，其特征在于，所述注水管(30)具有相对设置的上端口(301)与下端口(302)，所述上端口(301)为所述进水口，所述注水管(30)的侧壁上设置有与所述注水管(30)连通的排水管(32)，所述排水管(32)远离所述注水管(30)的一端为排水口，所述下端口(302)处设置有第三封堵件，所述第三封堵件能够封堵或打开所述下端口(302)。

5.根据权利要求4所述的煤矿开采物理相似模拟实验装置，其特征在于，所述箱体(10)沿长度方向具有相对设置的两侧，每侧均设置有多个注水管(30)，设置在同一侧的多个所述注水管(30)沿高度方向依次设置，相邻的两个所述注水管(30)的上端口(301)与下端口(302)连通。

6.根据权利要求1所述的煤矿开采物理相似模拟实验装置，其特征在于，所述煤层模拟体(21)与所述渗水层模拟体(22)之间设置有防水膜。

7.根据权利要求1所述的煤矿开采物理相似模拟实验装置，其特征在于，所述煤层模拟体(21)中具有凝胶，以降低所述煤层模拟体(21)的吸水性。

8.一种煤矿涌水三维物理相似模拟的实验方法，其特征在于，所述实验方法使用权利要求1至7中任一项所述的煤矿开采物理相似模拟实验装置进行，所述箱体(10)沿长度方向具有相对设置的第一侧边和第二侧边，所述第一侧边和所述第二侧边均连通有注水管(30)，所述实验方法包括：

9.根据权利要求8所述的实验方法，其特征在于，所述步骤四具体包括：

10.根据权利要求8所述的实验方法，其特征在于，所述步骤四具体包括：