一种矿井突泥试验装置及试验方法
【专利摘要】本发明公开了一种矿井突泥试验装置及试验方法。本发明装置主要包括试件装置、加载装置、稳压装置和测量装置。本发明方法主要是，选择一挡板放入试件压力室内底部；将试件随套筒一起滑入试件压力室内；通过注水稳压孔向试件压力室内注满水；将稳压装置连接到注水稳压孔；开启加载装置向试件压力室内加压力，加压到设定值后停止加压；开启稳压装置对试件压力室内压力进行稳压；通过测量装置开始实时测量试件压力室压力、试件内孔隙压力和通过试件渗透出的水量；当测量装置显示试件压力室内压力突然大幅减小时停止测量，并停止加载装置和稳压装置。本发明能够模拟高水压下突水突泥过程，并能实现良好持续稳压效果。
【专利说明】
一种矿井突泥试验装置及试验方法
技术领域
[0001]本发明属于工程地质技术领域，具体涉及一种矿井突泥试验装置及试验方法。
【背景技术】
[0002]地下采矿过程中会遇到富水断层破碎带，并且极易发生突水突泥灾害，给地下工程施工安全和后期运营安全带来了极大的威胁。断层带岩体具有孔隙大、渗透性好、结构松散破碎、强度低等特点，水岩相互作用是诱发断层破碎带岩体渗透失稳，导致突泥灾害发生的关键因素。地下水会诱发破碎岩体裂隙增大，并对充填介质进行冲刷运移，导致初始渗水通道扩展、岩体孔隙率和渗透率不断增加，当岩体结构的稳定性和渗透性产生突变时，便诱发地下工程断层突水突泥灾害。分析地下水综合作用下破碎岩体充填物颗粒迀移、岩体结构变形、孔隙率和渗透率随时间不断增大的变质量流固耦合力学效应，研究该过程的渗流特征变化规律，揭示断层带岩体渗流突变失稳机制，研究地下工程断层突水突泥机理，建立灾害治理的技术体系，对于减少和控制地下工程重大地质灾害事故发生，保障地下工程建设安全，保护人民生命财产安全以及生态和社会环境等方面，具有重大的理论意义和工程价值。
[0003]要研究承压水作用下巷道发生突水突泥的内在机理和灾变规律，需配备相应的能够考虑水压力变化和突出口尺寸因素的试验仪器装置。
【发明内容】
[0004]本发明的第一个目的在于提供一种能够模拟高水压下突水突泥过程，并能实现良好持续稳压效果的矿井突泥试验装置。
[0005]本发明的第一个目的是通过如下的技术方案来实现的:该矿井突泥试验装置，它包括试件装置、加载装置、稳压装置和测量装置;所述试件装置包括固定于支架上的试件压力室，装有试件的圆柱形套筒置于试件压力室内，试件压力室底部中心留有通孔且安装有挡板，挡板中心开孔;所述加载装置包括安装于试件压力室一旁的反力装置，反力装置底部安装有加载油缸，加载油缸与安装于反力装置上部的加载压力室连接，加载压力室顶部通孔通过管道与试件压力室顶部侧壁通孔连接;所述加载油缸由电液伺服控制提供精确压力；所述稳压装置包括设置于试件压力室顶盖上的注水稳压孔，注水稳压孔与高压氮气罐和气液复合型恒压水箱连接，用于向试件压力室提供稳定的水压;所述测量装置包括从试件压力室底部通孔连接到试件内部的孔隙压力计，以及安装于试件压力室侧壁且连接到试件压力室内的压力表和安装于挡板中心开孔下方的量杯。
[0006]具体的，装置外壳及管道采用厚钢板或厚钢管制成。
[0007]具体的，所述试件是在圆柱形套筒内预先制作完成并和套筒一起滑入试件压力室内，套筒和试件侧面与试件压力室内壁紧密贴合。
[0008]具体的，所述挡板为一系列中心开孔大小不同的挡板。
[0009]具体的，所述高压氮气罐配置有伺服压力调节阀和压力表。
[0010]具体的，所述量杯置于电子天平上。
[0011]本发明的第二个目的在于提供基于上述矿井突泥试验装置的试验方法，它包括如下步骤:
[0012](I)选择一挡板放入试件压力室内底部；
[0013](2)将相似材料的试件填入圆柱形套筒内，待相似材料充分固化后，将试件随套筒一起滑入试件压力室内；
[0014](3)通过注水稳压孔向试件压力室内注满水；
[0015](4)将稳压装置中的高压氮气罐及其伺服压力调节阀和压力表连接到注水稳压孔；
[0016](5)开启加载装置中的加载油缸向试件压力室内加压力，加压到设定值后停止加压；
[0017](6)开启稳压装置中的高压氮气罐及其伺服压力调节阀和压力表对试件压力室内压力进行稳压；
[0018](7)通过测量装置中的压力表、孔隙压力计和量杯开始实时测量试件压力室压力、试件内孔隙压力和通过试件渗透出的水量；
[0019](8)当测量装置显示试件压力室内压力突然大幅减小时停止测量，并停止加载装置和稳压装置。
[0020]进一步，所述步骤(I)中的挡板为一系列中心开孔大小不同的挡板，通过选用不同开孔尺寸，可以分析开孔尺寸对突泥的影响;所述步骤(5)施加的水压力可以调节稳定在不同压力，可以研究水压对突泥的影响。
[0021]本发明的有益效果体现如下:
[0022](I)本发明的试验装置，采用高强度的厚钢管及厚钢板作为模型试验台，模型整体刚度较高，能够承受较大的加载压力。
[0023](2)本发明的试验方法能够模拟不同水压力作用下的突泥机理。
[0024](3)本发明的试验方法能够模拟不同开孔尺寸下的突泥机理。
【附图说明】
[0025]图1是本发明装置实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
[0027]参见图1，本实施例的装置包括试件装置、加载装置、稳压装置和测量装置。从图1中可见，试件装置包括固定于支架12上的试件压力室I，装有试件2的圆柱形套筒3置于试件压力室I内，试件压力室I底部中心留有通孔且安装有挡板4，挡板4中心开孔;挡板4为一系列中心开孔大小不同的挡板。加载装置包括安装于试件压力室I左边的反力装置8，反力装置8底部安装有加载油缸10，加载油缸10与安装于反力装置8上部的加载压力室9连接，加载压力室9顶部通孔通过管道与试件压力室I顶部左侧壁通孔连接;加载油缸10由电液伺服控制(图中未画出)提供精确压力。稳压装置包括设置于试件压力室I顶盖上的注水稳压孔6，注水稳压孔6与高压氮气罐(图中未画出)和气液复合型恒压水箱(图中未画出)连接，高压氮气罐配置有伺服压力调节阀和压力表，用于向试件压力室I提供稳定的水压。测量装置包括从试件压力室I底部通孔连接到试件2内部的孔隙压力计5，孔隙压力计5实时监测试件2内部的孔隙压力值;还包括安装于试件压力室I左侧壁且连接到试件压力室I内的压力表7，压力表7实时监测试件压力室I内的压力值；以及安装于挡板4中心开孔下方的量杯11，量杯11置于电子天平上，量杯11实时测量通过试件2渗透出的水量及其变化情况。
[0028]上述装置外壳及管道采用厚钢板或厚钢管制成。上述试件2是在圆柱形套筒3内预先制作完成并和套筒3—起滑入试件压力室I内，套筒3和试件2侧面与试件压力室I内壁紧密贴合。
[0029]运用上述实施例装置的试验方法如下:
[0030](I)选择一挡板4放入试件压力室I内底部;挡板4为一系列中心开孔大小不同的挡板，通过选用不同开孔尺寸，可以分析开孔尺寸对突泥的影响；
[0031](2)将相似材料的试件2填入圆柱形套筒3内，待相似材料充分固化后，将试件2随套筒3—起滑入试件压力室I内；
[0032](3)通过注水稳压孔6向试件压力室I内注满水；
[0033](4)将稳压装置中的高压氮气罐及其伺服压力调节阀和压力表连接到注水稳压孔6；
[0034](5)开启加载装置中的加载油缸向试件压力室I内加压力，加压到设定值后停止加压;施加的水压力可以调节稳定在不同压力，可以研究水压对突泥的影响；
[0035](6)开启稳压装置中的高压氮气罐及其伺服压力调节阀和压力表对试件压力室I内压力进行稳压；
[0036](7)通过测量装置中的压力表、孔隙压力计和量杯开始实时测量试件压力室I压力、试件2内孔隙压力和通过试件2渗透出的水量；
[0037](8)当测量装置显示试件压力室I内压力突然大幅减小时停止测量，并停止加载装置和稳压装置。
【主权项】
1.一种矿井突泥试验装置，其特征在于:它包括试件装置、加载装置、稳压装置和测量装置;所述试件装置包括固定于支架上的试件压力室，装有试件的圆柱形套筒置于试件压力室内，试件压力室底部中心留有通孔且安装有挡板，挡板中心开孔;所述加载装置包括安装于试件压力室一旁的反力装置，反力装置底部安装有加载油缸，加载油缸与安装于反力装置上部的加载压力室连接，加载压力室顶部通孔通过管道与试件压力室顶部侧壁通孔连接;所述加载油缸由电液伺服控制提供精确压力;所述稳压装置包括设置于试件压力室顶盖上的注水稳压孔，注水稳压孔与高压氮气罐和气液复合型恒压水箱连接，用于向试件压力室提供稳定的水压;所述测量装置包括从试件压力室底部通孔连接到试件内部的孔隙压力计，以及安装于试件压力室侧壁且连接到试件压力室内的压力表和安装于挡板中心开孔下方的量杯。2.根据权利要求1所述矿井突泥试验装置，其特征在于:装置外壳及管道采用厚钢板或厚钢管制成D3.根据权利要求1所述矿井突泥试验装置，其特征在于:所述试件是在圆柱形套筒内预先制作完成并和套筒一起滑入试件压力室内，套筒和试件侧面与试件压力室内壁紧密贴入口 O4.根据权利要求1所述矿井突泥试验装置，其特征在于:所述挡板为一系列中心开孔大小不同的挡板。5.根据权利要求1所述矿井突泥试验装置，其特征在于:所述高压氮气罐配置有伺服压力调节阀和压力表。6.根据权利要求1所述矿井突泥试验装置，其特征在于:所述量杯置于电子天平上。7.—种基于权利要求1所述矿井突泥试验装置的试验方法，其特征在于包括如下步骤: (1)选择一挡板放入试件压力室内底部； (2)将相似材料的试件填入圆柱形套筒内，待相似材料充分固化后，将试件随套筒一起滑入试件压力室内； (3)通过注水稳压孔向试件压力室内注满水； (4)将稳压装置中的高压氮气罐及其伺服压力调节阀和压力表连接到注水稳压孔； (5)开启加载装置中的加载油缸向试件压力室内加压力，加压到设定值后停止加压； (6)开启稳压装置中的高压氮气罐及其伺服压力调节阀和压力表对试件压力室内压力进行稳压； (7)通过测量装置中的压力表、孔隙压力计和量杯开始实时测量试件压力室压力、试件内孔隙压力和通过试件渗透出的水量； (8)当测量装置显示试件压力室内压力突然大幅减小时停止测量，并停止加载装置和稳压装置。8.根据权利要求7所述矿井突泥试验装置的试验方法，其特征在于:所述步骤(I)中的挡板为一系列中心开孔大小不同的挡板，通过选用不同开孔尺寸，可以分析开孔尺寸对突泥的影响;所述步骤(5)施加的水压力可以调节稳定在不同压力，可以研究水压对突泥的影响。
【文档编号】G01N3/12GK105891004SQ201610367278
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】柴红保
【申请人】湖南科技大学