按配比号337配比模拟硬岩层。
[0012]所述左侧典型沟谷比右侧典型沟谷浅，左侧典型沟谷的水位管4内的水位低于左侧沟谷的谷底标高2cm，右侧典型沟谷的水位管4内的水位高于右侧沟谷的谷底标高3cm。
[0013]一种沟谷地形下煤炭开采对地表径流影响的实验方法，其步骤如下:
a.在模拟箱I底部铺设利用由砂子、碳酸钙、石膏和煤粉混合的模拟煤层7，并在模拟煤层7上铺设由混合砂子、碳酸钙和石膏混合的在模拟岩层6在模拟岩层6的上部放置填有石子的潜水含水层袋2，在潜水含水层袋2上部铺设由土壤构成的模拟地表松散层5，模拟地表松散层5上左右分别铺设有典型沟谷，其中左侧典型沟谷比右侧典型沟谷浅，左右沟谷高差5cm，并在潜水含水层袋2的上部、模拟地表松散层5的两个典型沟谷的沟底处设置两个与潜水含水层袋2连通用于模拟典型沟谷处地表径流水位的水位管4 ;
b.在两个水位管4的内安装浮子式水位计3，向潜水含水层袋2内注水，直至水位管4的水位通过浮子式水位计3显示高出右侧沟谷的谷底3cm且低于左侧沟谷的谷底标高2cm，由于潜水流出沟谷地表确实会形成泉眼，沿沟谷由高到低形成径流，此时右侧典型沟谷的水位管4内高出沟谷地表水位代表实际泉眼的径流，而左侧典型沟谷的水位管4内水位因沟深较浅并未出露潜水位；
c.测量两个典型沟谷的标高变化、潜水位变化及潜水出露两侧沟谷的各项数据并记录为初始数据；
d.拆卸模拟箱I的前后面板，按照与现场时间相似比例为1:10、尺寸相似比例为1:100的相似比例，从左至右模拟开采模拟箱I内的模拟煤层7，不留边界煤柱，每15分钟开采5cm模拟煤层7，直至开采至模拟煤层7中部的停采线，随着开采，采空区上方的模拟岩层6向下垮塌，从而使潜水含水层袋2向下移动模拟地下水的流动，引起水位下降，垮塌区的左侧典型沟谷向下变形，引起潜水含水层袋2模拟的水位下降左侧典型沟谷在变形的同时因沉陷较大，一定几率下导致水位出露；
e.在上述开采过程中，采集两个水位管4内的浮子式水位计3读数，同时测量两个典型沟谷的标高变化、潜水位变化及潜水出露两侧沟谷情况数据，观察水位管4内的水位变化和出露沟谷状况，每隔5分钟记录水位计3的读数，最终实现开采沉陷对沟谷地形潜水位及地表径流变化规律的模拟实验研宄。
【主权项】
1.一种沟谷地形下煤炭开采对地表径流影响的实验装置，其特征在于:它包括前后两侧面板可拆卸的模拟箱(I )，模拟箱(I)底部铺设有模拟煤层(7)，模拟煤层上方设有模拟岩层(6)，模拟岩层(6)上方设有潜水含水层袋(2)潜水含水层袋(2)上部铺设沟谷地形地表松散层(5)，地表松散层(5)左右两侧分别设有典型沟谷，其中一侧的典型沟谷谷底比另一侧典型沟谷的谷底浅，两个典型沟谷的谷底均设有与含水层袋(2)相通的水位管(4)，水位管(4)上设有浮子式水位计(3); 所述的潜水含水层袋(2)为橡胶水袋构成，橡胶水袋内设有模拟含水层支撑骨架并填满水袋的石子，所述石子直径为0.5cm，橡胶水袋内注水充满石子的间隙直至水位上升到水位管(4)中； 所述模拟煤层(7)由砂子、碳酸钙、石膏构成，其中砂子、碳酸钙、石膏质量按相似模拟配比号773配比，并加上煤粉着色模拟煤层；由砂子、碳酸钙、石膏质量按相似模拟配比号573配比模拟软岩层，由砂子、碳酸钙、石膏质量按配比号337配比模拟硬岩层。
2.根据权利要求1所述的沟谷地形下煤炭开采对地表径流影响的实验装置，其特征在于:所述左侧典型沟谷比右侧典型沟谷浅，左侧典型沟谷的水位管(4)内的水位低于左侧沟谷的谷底标高2cm，右侧典型沟谷的水位管(4)内的水位高于右侧沟谷的谷底标高3cm0
3.一种使用权利要求1所述装置的沟谷地形下煤炭开采对地表径流影响的实验方法，其特征在于步骤如下: a.在模拟箱(I)底部铺设利用由砂子、碳酸钙、石膏和煤粉混合的模拟煤层(7)，并在模拟煤层(7)上铺设由混合砂子、碳酸钙和石膏混合的在模拟岩层(6)在模拟岩层(6)的上部放置填有石子的潜水含水层袋(2)，在潜水含水层袋(2)上部铺设由土壤构成的模拟地表松散层(5)，模拟地表松散层(5)上左右分别铺设有典型沟谷，其中左侧典型沟谷比右侧典型沟谷浅，左右沟谷高差5cm，并在潜水含水层袋(2)的上部、模拟地表松散层(5)的两个典型沟谷的沟底处设置两个与潜水含水层袋(2)连通用于模拟典型沟谷处地表径流水位的水位管(4)； b.在两个水位管(4)的内安装浮子式水位计(3)，向潜水含水层袋(2)内注水，直至水位管(4)的水位通过浮子式水位计(3)显示高出右侧沟谷的谷底3cm且低于左侧沟谷的谷底标高2cm，由于潜水流出沟谷地表确实会形成泉眼，沿沟谷由高到低形成径流，此时右侧典型沟谷的水位管(4)内高出沟谷地表水位代表实际泉眼的径流，而左侧典型沟谷的水位管(4)内水位因沟深较浅并未出露潜水位； c.测量两个典型沟谷的标高变化、潜水位变化及潜水出露两侧沟谷的各项数据并记录为初始数据； d.拆卸模拟箱(I)的前后面板，从左至右对模拟煤层(7)进行不留边界煤柱采煤，随着开采，采空区上方的模拟岩层(6)向下垮塌，从而使潜水含水层袋(2)向下移动模拟地下水的流动，引起水位下降，垮塌区的左侧典型沟谷向下变形，引起潜水含水层袋(2)模拟的水位下降，左侧典型沟谷在变形的同时因沉陷较大，导致水位出露； e.采集两个水位管(4)内的浮子式水位计(3)读数，同时测量两个典型沟谷的标高变化、潜水位变化及潜水出露两侧沟谷情况数据，通过与初始状态的各项数据对比，从而有效模拟分析出沟谷地形下煤炭开采对地表径流影响。
【专利摘要】一种沟谷地形下煤炭开采对地表径流影响的实验装置及方法，装置包括模拟箱，模拟箱从底部依次铺设模拟煤层、模拟岩层、潜水含水层袋和设有沟谷地形地表松散层，潜水含水层袋上设有水位管和浮子式水位计，通过水位计来记录两个沟谷的潜水位随着开采沉陷的变化情况，直观地反映了沟谷地形下煤炭开采对潜水位及地表径流的影响，其结构简单，操作方便，现象直观，可满足不同采矿地质条件下的模拟需要。
【IPC分类】G01N33-24
【公开号】CN104730224
【申请号】CN201510189794
【发明人】鞠金峰, 张广磊, 许家林
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年4月21日