专利名称：氡气地表探测覆岩采动裂隙固气耦合综合试验系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种固气耦合综合试验系统，尤其是一种适用于我国西部干旱半 干旱矿区浅埋煤层大规模长壁开采所引起的煤层自燃、地下水流失、地表植被死亡、土地荒 漠化等安全与环境灾害防治方面研究，同时也适用于第四系含水层下安全采煤方面研究的 氡气地表探测覆岩采动裂隙固气耦合综合试验系统。
背景技术：
随着我国西部矿区浅埋煤层大规模长壁开采，极易导致覆岩采动裂隙直接沟通地 表，引起煤层自燃、地下水流失、地表植被死亡、土地荒漠化趋势加剧等安全与环境灾害，使 原本就很脆弱的生态环境进一步恶化。而掌握覆岩中采动裂隙扩展与分布特征，则是有效 解决上述难题的重要基础。传统的“三带”设计理论已不适合浅埋煤层条件，已有的覆岩采 动裂隙监测监控方法和手段不仅需要耗费大量的人力、物力和财力，而且易受采矿地质条 件的影响而难以达到预期的监测目的，目前还没有合适的综合试验系统进行实验室物理模 拟研究。
发明内容本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足之处而提供一种组拆装简便、物理 模拟模型铺设方便的氡气地表探测覆岩采动裂隙固气耦合综合试验系统，用于模拟地下煤 层开采其上覆岩层移动过程中的采动裂隙场的扩展与分布特征，利用氡气地表探测覆岩由 下向上变形、破裂、闭合过程中采动裂隙的动态演变全过程，进而从矿井开拓部署、工作面 布置及采煤工艺方面，采取合理的控制性开采策略，达到我国西部煤炭资源开发与生态环 境保护双赢的目标。本实用新型的目的可通过以下方式来实现氡气地表探测覆岩采动裂隙固气耦合 综合试验系统，包括有可调节二维/三维物理模拟试验架、氡源输出装置、循环泵、连续测 氡仪，其特点是可调节二维/三维物理模拟试验架整体框架由槽钢组合而成且两对称内壁 三个不同位置处设有对称插槽，并配有一个与插槽对应的插板，可调节二维/三维物理模 拟试验架下部铺设多根由槽钢焊接而成的氡腔，每根氡腔的上表面均开设有微孔，用塑料 软管将每根氡腔、氡源输出装置及循环泵组成串联系统，每根氡腔的下部两端均对称设有 可准确控制其升降高度的千斤顶，可调节二维/三维物理模拟试验架架体内的模拟岩层上 表面设有若干个氡气浓度监测点，每个氡气浓度监测点通过橡胶软管都连接有一台连续测 氡仪。所述的插板为可视活动插板。所述的塑料软管直径为10mm，橡胶软管直径为5mm。本实用新型与现有技术相比有如下优点该综合试验系统组拆装简便，物理模拟 模型铺设方便，可以模拟不同采煤地质条件下氡气地表探测覆岩采动裂隙的动态演变全过 程，从而为安全与环境灾害防治提供合理的开采方案，克服了传统探测方法物理模拟试验
3系统复杂和笨重的缺点。
附图是本实用新型结构示意图。图中1-可调节二维/三维物理模拟试验架；2-插槽；3-插板；4-氡腔；5-千斤 顶；6-氡源输出装置；7-循环泵；8-塑料软管；9-橡胶软管；10-连续测氡仪；11-微孔。
具体实施方式
参照附图如下氡气地表探测覆岩采动裂隙固气耦合综合试验系统，包括有可调 节二维/三维物理模拟试验架1、氡源输出装置6、循环泵7、连续测氡仪10，其特点是可调 节二维/三维物理模拟试验架1整体框架由槽钢组合而成且两对称内壁三个不同位置处设 有对称插槽2，并配有一个与插槽对应的可视活动插板3，根据插板3所插插槽2位置的不 同来实现可调节二维/三维物理模拟试验架1在二维与三维之间的切换，可调节二维/三 维物理模拟试验架1下部铺设多根由槽钢焊接而成的用于承载上部模拟岩层的氡腔4，每 根氡腔4的上表面均开设有微孔11，用于向模拟岩层内释放氡气，用直径为IOmm的塑料软 管8将每根氡腔4、氡源输出装置6及循环泵7组成串联系统，每根氡腔4的下部两端均对 称设有可准确控制其升降高度的千斤顶5，可调节二维/三维物理模拟试验架1架体内的模 拟岩层上表面设有若干个氡气浓度监测点，每个氡气浓度监测点通过直径为5mm的橡胶软 管9都连接有一台连续测氡仪10，通过连续测氡仪10来采集并存储氡气浓度数据。为了防 止氡气从可调节二维/三维物理模拟试验架1周围及底部相邻氡腔4的空隙中逸出，在组 成可调节二维/三维物理模拟试验架1的相邻两槽钢及相邻两氡腔4之间均涂抹有黄油， 并在可调节二维/三维物理模拟试验架1内侧四周采用塑料膜密闭。进行试验时，通过降 低可准确控制氡腔4升降高度的千斤顶5来精确控制采煤高度，氡气从可调节二维/三维 物理模拟试验架1底部穿透上部模拟岩层的采动裂隙运移至岩层表面，通过连续测氡仪10 来连续测量岩层上表面监测点的氡气浓度。
权利要求1.氡气地表探测覆岩采动裂隙固气耦合综合试验系统，包括有可调节二维/三维物理 模拟试验架(1)、氡源输出装置(6)、循环泵(7)、连续测氡仪(10)，其特征在于可调节二维 /三维物理模拟试验架(1)整体框架由槽钢组合而成且两对称内壁三个不同位置处设有对 称插槽(2)，并配有一个与插槽对应的插板(3)，可调节二维/三维物理模拟试验架(1)下 部铺设多根由槽钢焊接而成的氡腔(4)，每根氡腔(4)的上表面均开设有微孔(11)，用塑料 软管(8)将每根氡腔(4)、氡源输出装置(6)及循环泵(7)组成串联系统，每根氡腔(4)的 下部两端均对称设有可准确控制其升降高度的千斤顶(5)，可调节二维/三维物理模拟试 验架(1)架体内的模拟岩层上表面设有若干个氡气浓度监测点，每个氡气浓度监测点通过 橡胶软管(9)都连接有一台连续测氡仪(10)。
2.根据权利要求1所述的氡气地表探测覆岩采动裂隙固气耦合综合试验系统，其特征 在于所述的插板(3)为可视活动插板。
3.根据权利要求1所述的氡气地表探测覆岩采动裂隙固气耦合综合试验系统，其特征 在于所述的塑料软管⑶直径为10mm，橡胶软管(9)直径为5mm。
专利摘要本实用新型涉及氡气地表探测覆岩采动裂隙固气耦合综合试验系统，包括有可调节二维/三维物理模拟试验架、氡源输出装置、循环泵、连续测氡仪，其特点是可调节二维/三维物理模拟试验架两对称内壁设有三对插槽，并配有一个插板，可调节二维/三维物理模拟试验架下部铺设多根氡腔，每根氡腔上表面均开有微孔，用塑料软管将每根氡腔、氡源输出装置及循环泵串联连接，每根氡腔下部设有千斤顶，架体内的模拟岩层上表面设有若干监测点，每个监测点通过橡胶软管都连接有一台连续测氡仪。该系统组拆装简便，模拟模型铺设方便，可模拟氡气地表探测覆岩采动裂隙的动态演变全过程，从而提供合理的开采方案，克服了传统探测方法模拟试验系统复杂和笨重的缺点。
文档编号G01N33/24GK201886019SQ20102064919
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月2日 优先权日2010年12月2日
发明者张东升, 张炜, 王旭锋, 范钢伟 申请人:中国矿业大学