矿井地表沟道流水溃水量实验平台的制作方法

本发明属于矿井水害防治技术领域，具体涉及一种矿井地表沟道流水溃水量实验平台。

背景技术：

煤层在开采过程中，煤层顶板基岩发生垮落破坏，并伴随裂隙向地表发展。一些煤层由于其自身埋藏深度浅，煤层开采形成的冒落带、裂隙带容易发育至地表，在一些沟谷地区，裂隙更易发育至地表形成贯通裂缝。同时，由于沟道利于流水汇集，容易在雨季形成规模较大的地表洪流，因此在开采工作面通过沟谷地区时，地表贯通裂缝易引起地表流水下灌，引起沟道流水溃入井下，造成突水事故的发生。

但是沟道流水溃入井下的溃水量受沟道的水力坡度、裂缝宽度、水流流量、流速等多种因素控制。而目前尚未有此类实验装置或相关实验设备见诸于世。因此急需一种能够在准确控制沟道水力坡度、裂缝宽度、流水流量、流速等不同条件下观测流水溃水量的实验平台，模拟研究岩质沟道裂缝在不同影响因素下的溃水问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种矿井地表沟道流水溃水量实验平台，其设计新颖合理，可模拟实际矿井地表沟道中流水水力坡度、裂缝宽度、水流流量、流速对矿井地表沟道裂缝溃水量的影响，并适用于多种水力学测量与教学实验，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：矿井地表沟道流水溃水量实验平台，其特征在于：包括蓄水装置、与所述蓄水装置连通且具有坡降的漏水水槽和与所述漏水水槽配合的主排水渠，所述蓄水装置和所述主排水渠之间且位于所述漏水水槽的下侧设置有多个辅助排水渠，所述漏水水槽的底部设置有多条张度可调且与多个辅助排水渠配合的裂缝，所述漏水水槽的两端均设置有活动挡板，所述漏水水槽上设置有用于测量所述漏水水槽水位的活动测针和用于测量所述漏水水槽水流速度的毕托管，辅助排水渠末端位置安装有三角量水堰，主排水渠末端位置安装有矩形量水堰，辅助排水渠和主排水渠上均安装有固定测针；所述蓄水装置包括蓄水池、为蓄水池供水的供水管和设置在蓄水池内且用于稳定供水管出水的稳水格栅，所述供水管的进水端安装有水泵。

上述的矿井地表沟道流水溃水量实验平台，其特征在于：还包括回流池，所述回流池与辅助排水渠和主排水渠均连通，水泵设置在回流池内。

上述的矿井地表沟道流水溃水量实验平台，其特征在于：所述漏水水槽的数量为多个，多个所述漏水水槽的坡降各不相同。

上述的矿井地表沟道流水溃水量实验平台，其特征在于：所述漏水水槽的数量为两个，两个所述漏水水槽分别为第一漏水水槽和第二漏水水槽，所述第一漏水水槽的坡降为5‰～8‰，第二漏水水槽的坡降为5％～8％。

上述的矿井地表沟道流水溃水量实验平台，其特征在于：所述第一漏水水槽和第二漏水水槽的内壁均通过附着粗颗粒砂石的方式进行人工加糙。

上述的矿井地表沟道流水溃水量实验平台，其特征在于：所述供水管上安装有控制水量大小的阀门，阀门通过法兰盘与供水管相连。

上述的矿井地表沟道流水溃水量实验平台，其特征在于：所述蓄水池上开有梯形开口，蓄水池通过所述梯形开口与所述漏水水槽配合连接。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的蓄水装置通过在供水管上安装水泵向蓄水池内供水，动力强，同时在蓄水池内安装有稳定供水管出水的稳水格栅减少出水的异常迸溅，为漏水水槽提供稳定的溃水水源，便于推广使用。

2、本发明通过设置多个具有坡降的漏水水槽，在漏水水槽底部设置有多个张度可调的裂缝，在供水管上安装有水泵和阀门控制水流流量，在漏水水槽的两端分别设置活动挡板控制水流流速，在不同坡降条件下，测量裂缝宽度、水流流量和水流流速三个变量对沟道基岩裂缝溃水量的影响，控制裂缝宽度、水流流量和水流流速三个变量中两个变量，改变第三个变量，分别确定某个变量对沟道基岩裂缝溃水量的影响，可靠稳定，使用效果好。

3、本发明设计新颖合理，采用回流池将蓄水池、主排水渠和多个辅助排水渠连通，通过回流池为蓄水池供水，蓄水池经漏水水槽流向主排水渠和多个辅助排水渠的水流流回至回流池，实现水资源的循环利用，且该实验台适用于多种水力学测量与教学实验，投入成本低。

综上所述，本发明设计新颖合理，可模拟实际矿井地表沟道中流水水力坡度、裂缝宽度、水流流量、流速对矿井地表沟道裂缝溃水量的影响，并适用于多种水力学测量与教学实验，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明漏水水槽与辅助排水渠的安装关系示意图。

图3为本发明蓄水装置的结构示意图。

附图标记说明:

1—蓄水池； 2—供水管； 3—法兰盘；

4—阀门； 5—水泵； 6—回流池；

7—第一漏水水槽； 8—第二漏水水槽； 9—活动挡板；

10—毕托管； 11—活动测针； 12—裂缝；

13—固定测针； 14—辅助排水渠； 15—三角量水堰；

16—矩形量水堰； 17—主排水渠； 18—稳水格栅。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明包括蓄水装置、与所述蓄水装置连通且具有坡降的漏水水槽和与所述漏水水槽配合的主排水渠17，所述蓄水装置和所述主排水渠17之间且位于所述漏水水槽的下侧设置有多个辅助排水渠14，所述漏水水槽的底部设置有多条张度可调且与多个辅助排水渠14配合的裂缝12，所述漏水水槽的两端均设置有活动挡板9，所述漏水水槽上设置有用于测量所述漏水水槽水位的活动测针11和用于测量所述漏水水槽水流速度的毕托管10，辅助排水渠14末端位置安装有三角量水堰15，主排水渠17末端位置安装有矩形量水堰16，辅助排水渠14和主排水渠17上均安装有固定测针13；所述蓄水装置包括蓄水池1、为蓄水池1供水的供水管2和设置在蓄水池1内且用于稳定供水管2出水的稳水格栅18，所述供水管2的进水端安装有水泵5。

本实施例中，供水管2采用水泵5将水引致至蓄水池1中，供水管2的出水通过稳水格栅18使水流趋于稳定。

本实施例中，所述漏水水槽的数量为多个，多个所述漏水水槽的坡降各不相同。

需要说明的是，所述漏水水槽的底部设置的裂缝12的数量与辅助排水渠14的数量相等，根据实际需求在蓄水池1上设置多个所述漏水水槽，多个所述漏水水槽的坡降各不相同，满足不同的水力坡度对沟道裂缝溃水量的影响，每个所述漏水水槽的末端设置在主排水渠17上，每个所述漏水水槽的两端均设置有活动挡板9，两个活动挡板9中的一个活动挡板9安装在所述漏水水槽与蓄水池1连接位置处，两个活动挡板9中的另一个活动挡板9安装在所述漏水水槽的末端，两个活动挡板9均可上下调节，用于调节水流流速，满足不同的流速要求。

如图1所示，本实施例中，所述漏水水槽的数量为两个，两个所述漏水水槽分别为第一漏水水槽7和第二漏水水槽8，所述第一漏水水槽7的坡降为5‰～8‰，第二漏水水槽8的坡降为5％～8％。

实际实验中，首先根据不同水力坡度选择使用第一漏水水槽7或第二漏水水槽8，当选择第一漏水水槽7时，将第二漏水水槽8用安装在第二漏水水槽8与蓄水池1连接位置处的活动挡板9及玻璃胶密封；打开水泵5，调节阀门4大小，通过主排水渠17上的固定测针13读取主排水渠17中的水位高差，确定水流流量，同时，为了测量第一漏水水槽7中的水深，可采用活动测针11测量水位高度，为了测量第一漏水水槽7中的水流速度，可用毕托管10进行测量；同理，当选择第二漏水水槽8时，将第一漏水水槽7用安装在第一漏水水槽7与蓄水池1连接位置处的活动挡板9及玻璃胶密封；实际使用中，也可采用可拆卸式的毕托管10和活动测针11，当选择第一漏水水槽7时，将毕托管10和活动测针11安装在第一漏水水槽7上，当选择第二漏水水槽8时，将毕托管10和活动测针11安装在第二漏水水槽8上，减少成本。

本实施例中，所述漏水水槽的底部设置有三条裂缝12，每条裂缝12的正下方均设置有一个辅助排水渠14，每个所述漏水水槽上均安装有用于测量该漏水水槽水位的活动测针11和用于测量该漏水水槽水流流量的毕托管10，每个辅助排水渠14上均安装有用于测量该辅助排水渠14水位的固定测针13和用于测量该辅助排水渠14水流流量的三角量水堰15，主排水渠17末端位置安装有用于测量主排水渠17水位的固定测针13和用于测量主排水渠17水流流量的矩形量水堰16，实现水流水位与水流流量的实时测量。

通过改变每个裂缝12的张度测量其辅助排水渠14上水深，并计算该裂缝12溃水量，满足不同的裂缝张度条件下对沟道基岩裂缝溃水量的测量。

如图1所示，本实施例中，还包括回流池6，所述回流池6与辅助排水渠14和主排水渠17均连通，水泵5设置在回流池6内。

本实施例中，采用回流池6将蓄水池1、主排水渠17和多个辅助排水渠14连通，通过回流池6为蓄水池1供水，蓄水池1经漏水水槽流向主排水渠17和多个辅助排水渠14的水流流回至回流池6，实现水资源的循环利用，节约能源。

本实施例中，所述第一漏水水槽7和第二漏水水槽8的内壁均通过附着粗颗粒砂石的方式进行人工加糙。

需要说明的是，明渠水流运动的流量取决于过水断面面积、沟道的粗糙系数、水力半径和水力坡度，根据实际情况采用人工加糙的方式决定沟道的粗糙系数，实际加工中，采用砂石与水泥混合，在水泥凝固之前用清水冲洗砂石与水泥混合面，使粗颗粒砂石突出增加漏水水槽的粗糙度。

如图1和图3所示，本实施例中，所述供水管2上安装有控制水量大小的阀门4，阀门4通过法兰盘3与供水管2相连。

本实施例中，采用水泵5与阀门4配合的方式，通过调节阀门4的开度确定供水的水流流量。

如图3所示，本实施例中，所述蓄水池1上开有梯形开口，蓄水池1通过所述梯形开口与所述漏水水槽配合连接。

本实施例中，所述漏水水槽采用矩形断面的漏水水槽，在矩形断面的漏水水槽与蓄水池1连接位置处采用梯形开口，是为了减少水流的冲击振荡，有利于水流的稳定。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。