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原文传递一种采空区探放水实验装置及其工作方法

专利名称：	一种采空区探放水实验装置及其工作方法
摘要：	本发明公开了矿井水文地质技术领域的一种采空区探放水实验装置及其工作方法，包括探放水系统、采空区系统和采空区补给系统，探放水系统由采煤工作面模型、钻场模型、探放水钻孔模型、流量计和过滤器构成，采空区系统由采空区模型、矸石模型和悬浮物构成，采空区补给系统由富水海绵体、加压装置、渗水管路、电源、涌水管路和高位水箱构成，本实验装置为采空区积水探放情况提供合理的评价，不需要在现场开展大量的工程，简单易实施，可以对不同的钻孔设计及采空区条件下的疏放水效果进行评价，使用范围广；而且实验的时间短，效率高，实验装置大部分可以重复利用，费用低，实验结果可以直观的观测，效果好。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	贵州;52
申请人：	六盘水师范学院
发明人：	李涛;高颖;杨军伟
专利状态：	有效
申请日期：	2019-09-19T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-26T00:00:00+0800
申请号：	CN201910885024.2
公开号：	CN110501473A
代理机构：	北京快易权知识产权代理有限公司
代理人：	赵秀英
分类号：	G01N33/22(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	553000 贵州省六盘水市钟山区明湖路育才巷19号六盘水师范学院
主权项：	1.一种采空区探放水实验装置，包括探放水系统、采空区系统和采空区补给系统，其特征在于：所述探放水系统由采煤工作面模型(1)、钻场模型(2)、探放水钻孔模型(12)、流量计(13)和过滤器(14)构成，所述采空区系统由采空区模型(3)、矸石模型(4)和悬浮物(8)构成，所述采空区补给系统由富水海绵体(5)、加压装置(6)、渗水管路(7)、电源(9)、涌水管路(10)和高位水箱(11)构成。 2.根据权利要求1所述的一种采空区探放水实验装置，其特征在于：所述采煤工作面模型(1)为中空设计且位于采空区模型(3)下方，所述采煤工作面模型(1)的两边突出位置连通设置有可移动的钻场模型(2)。 3.根据权利要求1所述的一种采空区探放水实验装置，其特征在于：所述富水海绵体(5)位于加压装置(6)容腔内，所述加压装置(6)容腔与采空区模型(3)之间通过渗水管路(7)连通，所述加压装置(6)与电源(9)通过开关和导线电连接，所述加压装置(6)为可调加压装置。 4.根据权利要求1所述的一种采空区探放水实验装置，其特征在于：所述高位水箱(11)通过涌水管路(10)与采空区模型(3)连通，所述高位水箱(11)的高度可调节。 5.根据权利要求1所述的一种采空区探放水实验装置，其特征在于：所述探放水钻孔模型(12)分别与采空区模型(3)和钻场模型(2)连通，所述采空区模型(3)为透明设计且形状可调，并在垂向上固定有标尺，所述采空区模型(3)底部形状可调且内部充填有水、矸石模型(4)和悬浮物(8)，所述矸石模型(4)大小和形状可调，所述悬浮物(8)数量和大小可调。 6.根据权利要求1所述的一种采空区探放水实验装置，其特征在于：所述探放水钻孔模型(12)中部设置有流量计(13)，所述探放水钻孔模型(12)前端部设置有过滤器(14)，所述探放水钻孔模型(12)为中空设计，所述探放水钻孔模型(12)长度、孔径和位置可调。 7.一种采空区探放水实验装置工作方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：采空区系统设计，采空区系统由采空区模型(3)、矸石模型(4)和悬浮物(8)构成，其中，采空区模型通过现场的电法、地质雷达及瞬变电磁等地球物理勘探手段获取采空区实际范围；然后，按照一个几何比n缩小；最后，依据缩小后的模型尺寸，依据拐点设计出采空区模型(3)，此时固定采空区模型(3)让其不再变形，矸石模型(4)则通过采空区的资料进行数值模拟实验，获取冒落区的矸石形状和大小，从钻孔柱状图中获取矸石的岩性，按照几何比n缩小，并放置相同岩性的矸石在采空区模型(3)中，此外，通过在现场实施钻孔获取采空区积水的水样，通过室内激光粒度分析仪测试分析水样中5μm以下，5μm-10μm之间，10μm以上颗粒所占的百分比，按照相应的几何比n缩小，并放置相同岩性的悬浮物在采空区模型(3)中；最后，依据现场钻孔的水位观测，按照几何比n缩小后，对采空区模型(3)注入相同的水位的积水；步骤二：采空区补给系统设计，依据步骤一中的数值模拟实验，确定采空区的充水含水层，采用水文地质比拟法，得到含水层管道流的流量Q1，设计时间比为m，则高位水箱(11)通过涌水管的补给量Q2＝Q1╳m/n3，通过调整高位水箱(11)高度来达到补给量Q2，通过采空区现场涌水量观测得到总涌水量Q3，采空区实际透水层持续补给量Q4＝Q3-Q1，则富水海绵体(5)持续补给量Q5＝Q4╳m/n3；通过调试加压装置(6)的加压速率达到这一补给量，另外，通过现场对弱透水层的抽水实验获取弱含水层的总的补给量Q6，则富水海绵体的总的排出水量Q7＝Q6/n3；步骤三：采空区探放水系统设计，依据现场实际钻孔揭露情况，确定工作面与采空区的空间位置关系即距离，然后依据几何比n缩小后设置采煤工作面模型(1)；在采煤工作面模型(1)的两边突出位置设计2个以上的钻场模型(2)，其起点位置在安全距离范围内，这里安全距离范围是指距离采空区距离D以上，D＝60米～100米，然后缩小n后即为模型的安全距离D1＝D/n，然后设计一组钻孔直径、长度、数量；步骤四：通过探放水系统进行探放水实验，通过透明的采空区模型(3)，从模型读数中查看水位变化，从探放水钻孔模型(12)上的流量观测排水量；在实验10小时内，将单一探放水钻孔模型(12)总排水量小于所有钻场模型(2)总排水量5％的记录为低效率钻孔；对低效率钻孔进行调整参数即钻孔直径、长度、数量任意一个或多个，或者去除该低效率钻孔；步骤五：重复步骤三和四，直至所有钻孔均不是低效率钻孔，并记录排水完成后采空区模型(3)的积水量Q8，并依据比例反演采空区实际残余积水量Q9＝Q8╳n3；步骤六：煤炭安全开采过程中没有发生水害，依据步骤五最终确定的探放水设计进行探放水；并在煤炭开采前设置井下排水能力达到Q11＝Q9+Q10，其中Q10为其他涌水量，依据既定的水文地质比拟法计算获得，煤炭安全开采，没有发生采空区水害。
所属类别：	发明专利