煤矿突水模型试验用双向变截面水压承载循环试验系统

摘要

一种用于煤矿突水模型试验的双向变截面水压承载循环试验系统，包括水压加载部分和水压承载部分。水压加载部分由现有技术的供水箱、加载水泵、水压计、控水阀与进水、排水管等组成，控制加载水压的大小、实现水压循环加载；水压承载部分，由变截面水压承载组件和变水位水压承载组件组成，设置在一密闭的主框架内形成。变截面水压承载组件，由变截面储水箱、变截面挡水板及变截面透水板组成。变水位水压承载组件，由变水位储水箱、变水位挡水板及变水位透水板组成。根据试验要求，设计分体的变截面挡水板位置以及确定变水位挡水板遮挡位置，实现双向变截面水压承载循环。

说明书

技术领域

本发明涉及一种水压承载循环试验系统，特别是一种煤矿突水模型试验用双向变截面水压承载循环试验系统。

背景技术

煤矿矿井突水掘进或采矿过程中当巷道揭穿导水断裂、富水溶洞、积水老窿等地质构造时,大量地下水突然涌入矿山井巷的现象。矿井突水一般来势凶猛,常会在短时间内淹没坑道,给矿山生产带来危害,造成人员伤亡。历史上出水量最大的几次矿井突水事故，比如开滦范各庄矿2171工作面突水，河北金牛能源东庞矿2903工作面下巷掘进突水等都造成了巨大的人员和财产损失。因此煤矿突水研究一直是煤矿相关研究的重点，具有重大的社会、经济效益。

地质力学模型试验是根据一定的相似原理对特定工程地质问题进行缩尺研究的一种方法 , 广泛应用于建筑体及其地基、地下工程、煤矿等受外力作用过程中的变形形态、稳定安全度和破坏机理等研究。相对于理论研究和数值模拟研究，地质力学模型试验可以模拟结构和周围环境的整体性；能较好地模拟工程的施工工艺，以及荷载的作用方式及时间效应等；能研究工程的受力全过程；可以研究工程的极限荷载及破坏形态；可以给出直接形象的结果，故广泛应用于相关研究领域，也形成了相对成熟的理论和应用体系。流固耦合地质力学模型试验是在以前固体力学相似模拟的基础之上，考虑流体（水、瓦斯等）的渗流等运动，研究流固两相介质的相互作用，矿井突水即为其重要的研究对象。

目前国内煤矿领域各大高校、科研院所对流固耦合地质力学模型试验也多有涉及，现有技术的水压加载系统多为委托相关生产企业进行定制加工，试验成本较大，还存在以下问题：加载过程受水泵的稳定性限制，加载的量程也限定在较小的范围以内；加载的范围固定且加载方式单一，底部加压中难以实现局部加压，且侧壁加压时难以实现变水位的加载，试验完成后排水困难问题对整个模型试验造成较大困扰。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的在于：提供易于安装、操作方便、稳定安全、承载方式多样且可变，能够准确高效完成模型试验的的水压底部变截面加载和侧壁变水位承载的煤矿突水模型试验用双向变截面水压承载循环试验系统。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于煤矿突水模型试验的双向变截面水压承载循环试验系统，包括水压加载部分和水压承载部分。

水压加载部分由现有技术的供水箱、加载水泵、水压计、控水阀与进水、排水管等组成，控制加载水压的大小、实现水压循环加载。

所述的水压承载部分，由变截面水压承载组件和变水位水压承载组件组成，设置在一密闭的主框架内形成。

所述的变截面水压承载组件，由变截面储水箱、变截面挡水板及变截面透水板组成。

所述的变水位水压承载组件，由变水位储水箱、变水位挡水板及变水位透水板组成。

优选的，所述的变截面储水箱设置在水压承载部分的最底部。

所述的变截面挡水板设置在所述的变截面储水箱之上。

所述的变截面挡水板是分体的。

所述的变截面透水板设置在所述的变截面挡水板之上。

优选的，所述的变水位储水箱竖直设置在一侧。

所述的变水位挡水板竖直设置在所述的变水位储水箱内侧。

所述的变水位透水板竖直设置在所述的变水位挡水板内侧。

本发明与以往水压加载模型试验系统相比，具有以下优点：

（1）取料易得、造价低廉，有更好的经济性；

（2）易于安装，便于更换、检修，操作方便；

（3）可实现底部的变截面局部加压与侧壁的变水位加压，加载范围可控，精度较高；

（4）加载过程稳定安全，具有良好的适用性；

（5）可通过控水阀的协调工作实现水压加载循环，有效节约水资源。

附图说明

图1：本发明结构示意图。

图中：

10—水压加载部分；

20—水压承载部分，21—变截面水压承载组件，211—变截面储水箱，212—变截面挡水板，213—变截面透水板；22—变水位水压承载组件，221—变水位储水箱，222—变水位挡水板，223—变水位透水板；23—主框架。

实施例

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照附图1，一种用于煤矿突水模型试验的双向变截面水压承载循环试验系统，由水压加载部分10和水压承载部分20形成。

水压加载部分10由现有技术的供水箱、加载水泵、水压计、控水阀与进水、排水管等组成，控制加载水压的大小、实现水压循环加载。

所述的水压承载部分20，由变截面水压承载组件21和变水位水压承载组件22组成，设置在一密闭的主框架内形成23。

所述的变截面水压承载组件21，由变截面储水箱211、变截面挡水板212及变截面透水板213组成。

所述的变水位水压承载组件22，由变水位储水箱221、变水位挡水板222及变水位透水板223组成。

优选的，所述的变截面储水箱211设置在水压承载部分20的最底部。

所述的变截面挡水板212设置在所述的变截面储水箱211之上。

所述的变截面挡水板212是分体的。根据试验要求，设计分体的变截面挡水板212位置

所述的变截面透水板213设置在所述的变截面挡水板212之上。

优选的，所述的变水位储水箱221竖直设置在水压承载部分20的一侧。

所述的变水位挡水板222竖直设置在所述的变水位储水箱内侧。根据试验设计水位来确定变水位挡水板222的遮挡位置，以满足试验要求。

所述的变水位透水板223竖直设置在所述的变水位挡水板222内侧。