一種立井井壁穩(wěn)定性受含水層動變影響的模擬裝置，裝置主要由模擬箱、設(shè)在模擬箱內(nèi)的相似材料層、傳感器、應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、抽水泵、支架、蓄水箱構(gòu)成；在模型幾何中心內(nèi)從上到下貫穿有相似比的模擬井筒，井筒的內(nèi)壁上粘貼有環(huán)形應(yīng)變片，應(yīng)變片通過導(dǎo)線與應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，在承壓含水層底部埋置壓力傳感器，通過導(dǎo)線與壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，能夠進(jìn)行模擬深部含水層失水條件下的變化對井壁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響相似試驗(yàn)，在室內(nèi)試驗(yàn)中演示實(shí)際工程問題，并定性獲得參數(shù)，建立起含水層水壓力短時動態(tài)變化與井壁變形的關(guān)系，進(jìn)一步深化對立井井壁破壞機(jī)理的認(rèn)識，以及對水土結(jié)構(gòu)耦合關(guān)系的認(rèn)知。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本技術(shù)涉及一種模擬裝置，尤其是一種適用于巖土工程中立井井壁受深部含水層水壓動態(tài)變化影響的室內(nèi)試驗(yàn)裝置。
技術(shù)介紹
自20世紀(jì)80年代以來，我國徐、淮、大屯、兗州等礦區(qū)的煤礦立井井壁出現(xiàn)了一種國內(nèi)外罕見的非采動性井壁破裂。這種災(zāi)害易造成井壁變形破裂、滲水，重者造成卡罐、涌水涌砂，甚至停產(chǎn)，給煤礦生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重的安全隱患，也使煤礦企業(yè)承受巨大的經(jīng)濟(jì)損失。自1987年以來，在我國的華東地區(qū)深厚表土層中建設(shè)的立井模擬井筒已經(jīng)有80多個遭受破壞，嚴(yán)重影響了礦井的安全生產(chǎn)。其中導(dǎo)致立井井壁發(fā)生的傾斜、錯位、斷裂、滲漏等各種變形和破壞的地質(zhì)因素有:模擬井筒穿過地層的巖層、煤層性質(zhì)；地質(zhì)構(gòu)造；水文地質(zhì)條件等。其中，不穩(wěn)定含水層對立井井壁穩(wěn)定性的影響，近年來尤為突出。特別是對于補(bǔ)給條件較弱的第四紀(jì)底部含水層，短時間內(nèi)較大量的疏水將引起含水層水壓力的快速變化，造成含水層不穩(wěn)定，會進(jìn)一步影響立井井壁穩(wěn)定性。對不穩(wěn)定含水層的研宄中，已有許多專家學(xué)者對含水層長時間疏水引起固結(jié)沉降導(dǎo)致井壁破壞一一這一大時間尺度過程進(jìn)行了研宄。在此基礎(chǔ)上，深入開展含水層水壓力較短時間的動態(tài)變化這一因素對井壁穩(wěn)定性影響的研宄，將進(jìn)一步深化對立井井壁破壞機(jī)理的認(rèn)識，更加有效的指導(dǎo)煤礦的安全生產(chǎn)。目前承壓含水層失水變化對井壁穩(wěn)定性影響的模擬試驗(yàn)裝置在國內(nèi)尚屬空白。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
技術(shù)問題:本技術(shù)的目的是要克服已有技術(shù)中的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可精確監(jiān)測承壓含水層失水變化對井壁應(yīng)變變化及孔隙水壓力變化的模擬試驗(yàn) 目.ο技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)的立井井壁穩(wěn)定性受含水層動變影響的模擬裝置，包括應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、抽水泵、支架、蓄水箱，在所述的支架上設(shè)有可透視的模擬箱，模擬箱內(nèi)由下而上依次設(shè)置埋置層、巖層、承壓含水層、土層二、土層一，所述的土層二與承壓含水層之間設(shè)有隔水板，所述的承壓含水層內(nèi)設(shè)有環(huán)形補(bǔ)水管，環(huán)形補(bǔ)水管經(jīng)連通管沿模擬箱壁伸出，與設(shè)在模擬箱上方的給水溢流箱相連，給水溢流箱經(jīng)連通管與抽水泵的出水口相連，抽水泵的入水口經(jīng)連通管伸入蓄水箱內(nèi)；所述模擬箱的中部設(shè)有由上而下深入巖層內(nèi)的模擬井筒，在位于承壓含水層的底部設(shè)有壓力傳感器，并在承壓含水層內(nèi)的模擬井筒的內(nèi)壁上設(shè)置應(yīng)變片，所述應(yīng)變片經(jīng)導(dǎo)線與應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系相連，所述的壓力傳感器經(jīng)導(dǎo)線與壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連，模擬箱的下部設(shè)有出水口，出水口處設(shè)有排水閥門，出水口經(jīng)出水管連接至蓄水箱內(nèi)。所述的蓄水箱設(shè)在支架內(nèi)或支架外側(cè)。所述的模擬井筒上設(shè)有由加壓設(shè)備控制的加壓塊。所述模擬箱下部的出水口為兩個，位于巖層位置處的箱壁兩側(cè)，成對角分布。有益效果:由于采用了上述方案，本技術(shù)通過室內(nèi)模擬承壓含水層失水變化對井壁穩(wěn)定性影響試驗(yàn)以較小的代價來測定承壓層失水條件下井壁應(yīng)變變化及孔隙水壓力的變化，建立起含水層水壓力短時動態(tài)變化與井壁變形的關(guān)系，進(jìn)一步深化對立井井壁破壞機(jī)理的認(rèn)識，以及對水土-結(jié)構(gòu)耦合關(guān)系的認(rèn)知。將應(yīng)變片粘貼在模擬井筒內(nèi)壁，用于獲取承壓含水層失水條件下井壁應(yīng)變變化；將壓力傳感器放置在承壓含水層底部，用于獲取承壓層失水條件下孔隙水壓力的變化。通過室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)M承壓含水層失水變化對井壁穩(wěn)定性影響，精確獲取井壁應(yīng)變參數(shù)和孔隙水壓力參數(shù)，建立起含水層水壓力短時動態(tài)變化與井壁變形的關(guān)系，適用于大學(xué)專業(yè)課程教學(xué)和科研數(shù)據(jù)采集，對實(shí)際工程問題提供支持。其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，模擬效果好，在本
內(nèi)具有廣泛的實(shí)用性。【附圖說明】圖1為本技術(shù)裝置的主視結(jié)構(gòu)圖。圖2為本技術(shù)裝置的側(cè)視剖面結(jié)構(gòu)圖。圖中:1、給水溢流箱；2、加壓塊；3、土層一 ；4、土層二 ；5、承壓含水層；6、巖層；7、埋置層；8、壓力傳感器；9、蓄水箱；10、模擬井筒；11、隔水板；12、環(huán)形補(bǔ)水管；13、應(yīng)變片；14、排水閥門；15、導(dǎo)線；16、應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；17、壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；18、抽水泵；19、支架。【具體實(shí)施方式】下面結(jié)合附圖對本技術(shù)的一個實(shí)施例作進(jìn)一步的描述:本技術(shù)的立井井壁穩(wěn)定性受含水層動變影響的模擬裝置，主要由模擬箱、設(shè)在模擬箱內(nèi)的相似材料層、傳感器、應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)16、壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)17、抽水泵18、支架19、蓄水箱9構(gòu)成；所述的蓄水箱9設(shè)在支架19內(nèi)或支架19外側(cè)。在所述的支架19上設(shè)置可透視的模擬箱，模擬箱內(nèi)由下而上依次設(shè)置埋置層7、巖層6、承壓含水層5、土層二 4、土層一 3，所述的土層二 4與承壓含水層5之間設(shè)有隔水板11，所述的土層二 4采用粒徑為0.5mm?2mm的粗砂層，土層一 3采用粒徑為0.25mm?0.5mm的細(xì)、中砂層，其厚度分別為150mm。所述的承壓含水層5采用巖土層，其厚度為300mm。所述的承壓含水層5內(nèi)設(shè)有環(huán)形補(bǔ)水管12，環(huán)形補(bǔ)水管12經(jīng)連通管沿模擬箱壁伸出，與設(shè)在模擬箱上方的給水溢流箱I相連，給水溢流箱I經(jīng)連通管與抽水泵18的出水口相連，所述模擬箱下部的出水口為兩個，位于巖層6位置處的箱壁兩側(cè)，成對角分布。抽水泵18的入水口經(jīng)連通管伸入蓄水箱9內(nèi)；所述模擬箱的中部設(shè)有由上而下深入巖層6內(nèi)的模擬井筒10，所述的模擬井筒10上方設(shè)有由加壓設(shè)備控制的加壓塊2 ο在位于承壓含水層5的底部設(shè)有壓力傳感器8，并在承壓含水層5內(nèi)的模擬井筒10的內(nèi)壁上設(shè)置應(yīng)變片13，所述應(yīng)變片13經(jīng)導(dǎo)線15與應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系16相連，所述的壓力傳感器8經(jīng)導(dǎo)線15與壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)17相連，模擬箱的下部設(shè)有出水口，出水口處設(shè)有排水閥門14，出水口經(jīng)出水管連接至蓄水箱9內(nèi)。【主權(quán)項(xiàng)】1.一種立井井壁穩(wěn)定性受含水層動變影響的模擬裝置，包括應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(16)、壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(17)、抽水泵(18)、支架(19)、蓄水箱(9)，其特征在于:在所述的支架(19)上設(shè)有可透視的模擬箱，模擬箱內(nèi)由下而上依次設(shè)置埋置層(7)、巖層(6)、承壓含水層(5)、土層二(4)、土層一(3)，所述的土層二(4)與承壓含水層(5)之間設(shè)有隔水板(11)，所述的承壓含水層(5)內(nèi)設(shè)有環(huán)形補(bǔ)水管(12)，環(huán)形補(bǔ)水管(12)經(jīng)連通管沿模擬箱壁伸出，與設(shè)在模擬箱上方的給水溢流箱(I)相連，給水溢流箱(I)經(jīng)連通管與抽水泵(18)的出水口相連，抽水泵(18)的入水口經(jīng)連通管伸入蓄水箱(9)內(nèi)；所述模擬箱的中部設(shè)有由上而下深入巖層(6)內(nèi)的模擬井筒(10)，在位于承壓含水層(5)的底部設(shè)有壓力傳感器(8)，并在承壓含水層(5)內(nèi)的模擬井筒(10)的內(nèi)壁上設(shè)置應(yīng)變片(13)，所述應(yīng)變片(13)經(jīng)導(dǎo)線(15)與應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系(16)相連，所述的壓力傳感器(8)經(jīng)導(dǎo)線(15)與壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(17 )相連，模擬箱的下部設(shè)有出水口，出水口處設(shè)有排水閥門(14 )，出水口經(jīng)出水管連接至蓄水箱(9)內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種立井井壁穩(wěn)定性受含水層動變影響的模擬裝置，其特征在于:所述的蓄水箱(9)設(shè)在支架(19)內(nèi)或支架(19)外側(cè)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種立井井壁穩(wěn)定性受含水層動變影響的模擬裝置，其特征在于:所述的模擬井筒(10)上設(shè)有由加壓設(shè)備控制的加壓塊(2)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種立井井壁穩(wěn)定性受含水層動變影響的模擬裝置，其特征在于:所述模擬箱下部的出水口為兩個，位本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種立井井壁穩(wěn)定性受含水層動變影響的模擬裝置，包括應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（16）、壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（17）、抽水泵（18）、支架（19）、蓄水箱（9），其特征在于：在所述的支架（19）上設(shè)有可透視的模擬箱，模擬箱內(nèi)由下而上依次設(shè)置埋置層（7）、巖層（6）、承壓含水層（5）、土層二（4）、土層一（3），所述的土層二（4）與承壓含水層（5）之間設(shè)有隔水板（11），所述的承壓含水層（5）內(nèi)設(shè)有環(huán)形補(bǔ)水管（12），環(huán)形補(bǔ)水管（12）經(jīng)連通管沿模擬箱壁伸出，與設(shè)在模擬箱上方的給水溢流箱（1）相連，給水溢流箱（1）經(jīng)連通管與抽水泵（18）的出水口相連，抽水泵（18）的入水口經(jīng)連通管伸入蓄水箱（9）內(nèi)；所述模擬箱的中部設(shè)有由上而下深入巖層（6）內(nèi)的模擬井筒（10），在位于承壓含水層（5）的底部設(shè)有壓力傳感器（8），并在承壓含水層（5）內(nèi)的模擬井筒（10）的內(nèi)壁上設(shè)置應(yīng)變片（13），所述應(yīng)變片（13）經(jīng)導(dǎo)線（15）與應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系（16）相連，所述的壓力傳感器（8）經(jīng)導(dǎo)線（15）與壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（17）相連，模擬箱的下部設(shè)有出水口，出水口處設(shè)有排水閥門（14），出水口經(jīng)出水管連接至蓄水箱（9）內(nèi)。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：林家興，于慶，馬金榮，陶祥令，李瀟，黃凌，劉明，
申請(專利權(quán))人：中國礦業(yè)大學(xué)，
類型：新型
國別省市：江蘇;32
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