专利名称：模拟采空区充填过程实验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于室内模拟采空区充填过程实验装置；属于煤矿采空区的充填 和地下工程充填技术领域。
背景技术：
我国是一个煤炭消费和生产大国，长期的煤炭开采形成大面积的地下采空区，特 别是煤炭的“三下”开采形成采空区。煤矿采空区导致严重地层下陷和生态环境问题，治理 任务艰巨。
长期以来，国内外采空区回填主要采用的技术包括干式充填、水砂充填以及胶结 充填三种方法。其中胶结充填采空区法后胶结充填的材料胶结后强度大，显著减少原材料 的使用，也可用于埋藏深、地压大、围岩不稳固的中厚以上矿体，使用胶结充填已成为煤矿 采空区回填的必然趋势。胶结充填技术的应用加速了科研工作者的研究进程，如何在室内 模拟采空区胶结充填采空区的实验装置，可用于科研分析，也可用于教学演示，实用意义较 大。发明内容
本发明提供了一种模拟采空区充填过程实验装置，可进行模拟采空区、模拟巷道 或地下空间的注浆过程、及模拟采空区受上覆荷载作用等情形，采集各类传感器数据，形成 对煤矿采空区充填过程的力学演变过程分析。
本发明是通过如下技术方案实现的一种模拟采空区充填过程实验装置，其特征 是，它包括实验模拟装置、外部注浆控制器和数据采集装置三部分；所述的实验模拟装置包 括透明模型体，在透明模型体中充满分层布设的岩土层，岩土层中预留有模拟采空区，和采 空区连通的注浆导管；数据采集装置包括布设在采空区内的至少I个传感器和透明模型体 外的数据采集器，各传感器获取数据并由数据线传输到数据采集器；所述外部注浆控制器 包括注浆控制器和注浆流量控制器；注浆控制器和注浆流量控制器依次与注浆导管连接； 还包括模拟采空区受上覆荷载作用的上覆移动荷载。注浆过程由外部注浆控制器自动控 制。各传感器获取数据由数据线传输到数据采集器；
所述的透明模型体内的岩土层根据实验参数要求分类分层布设，其中的模拟采空 区为模拟采空区、模拟巷道或地下空间；
所述的模拟采空区布设的传感器至少I个以上，位置预判布设；
所述的模拟采空区内传感器包括位移传感器、或应力传感器、或位移传感器和应 力传感器。
本装置具体操作步骤如下上述装置连接配合完毕，可进行模拟采空区、模拟巷 道或地下空间的注浆过程、及模拟采空区受上覆荷载作用等情形；数据采集器将采集的各 类传感器数据导出，数据处理分析后形成对煤矿采空区注浆充填过程的力学演变数值化分 析。
本发明的有益效果是模拟采空区充填过程实验装置模型主体透明可视，注浆过 程和数据采集实现自动化，其结构合理、可控精度高、密封效果好，可用于采空区充填过程 的教学演不和科研分析。
图1是本发明的装置结构示意图。
图中1_透明模型体，2-模拟采空区，3-岩土层，4-传感器，5-数据线，6-数据采 集器，7-注浆导管，8-注浆控制器，9-注浆流量控制器，10-上覆移动荷载。
具体实施方式
下面结合附图1和本发明的一个实施例进一步详细的描述本发明的方法和效果， 但本发明不限于此实施例。
模拟采空区充填过程实验装置包括实验模拟装置、外部注浆控制器和数据采集装 置三部分；还包括模拟采空区受上覆荷载作用的上覆移动荷载10。所述的实验模拟装置包 括透明模型体1，在透明模型体I中充满分层布设的岩土层3，岩土层3中预留有模拟采空 区2，和采空区2连通的注浆导管7 ;数据采集装置包括布设在采空区内的至少I个传感器 4和透明模型体I外的数据采集器6，各传感器获取数据并由数据线传输到数据采集器6 ； 自动控制注浆过程的外部注浆控制器与注浆导管7连接；所述的透明模型体I内的岩土层 3根据实验参数要求分类分层布设，其中的模拟巷道2为预留空间。上覆动荷载10采用可 移动千斤顶。
所述的模拟巷道2布设的传感器4共9个，位置预判布设。有位移传感器和应力 传感器。
所述的模型分层布设岩土层3后将联通采空区的注浆管7钻入，注浆管头装配注 浆控制器8。
实验装置的测试方法实现过程如下上述装置中实验模拟装置中分层布设岩土层 3，并在岩土层3中预留空间模拟采空区2，模拟采空区2内壁布设位移或应力传感器4，将 传感器导线引出至与数据采集器6连接，模拟采空区2外连通注浆导管7。外部注浆控制器 与注浆导管7连接，可控制注浆流量。岩土层3上部受上覆由可移动千斤顶模拟的上覆动 荷载10进行模拟加载，装置可进行模拟巷道2的注浆过程、及模拟巷道受上覆荷载10作用 等情形；数据采集器6将采集的各类传感器4数据导出，数据处理分析后形成对煤矿采空区 注浆充填过程的力学演变数值化分析。
权利要求
1.一种模拟采空区充填过程实验装置，其特征是，它包括实验模拟装置、外部注浆控制器和数据采集装置三部分；所述的实验模拟装置包括透明模型体(1)，在透明模型体(I)中充满有分层布设的岩土层(3)，岩土层(3)中预留有模拟采空区(2)，和采空区(2)连通的注浆导管(7);所述的数据采集装置包括布设在采空区内的至少I个传感器(4)和透明模型体(I)外的数据采集器(6)，各传感器获取数据并由数据线传输到数据采集器(6);所述外部注浆控制器包括注浆控制器(8)和注浆流量控制器(9);注浆控制器(8)和注浆流量控制器(9)依次与注浆导管(7)连接；还包括使模拟采空区受上覆荷载作用的上覆移动荷载(10)。
2.根据权利要求1所述的模拟采空区充填过程实验装置，其特征在于透明模型体(I)内的岩土层(3)根据实验参数要求分类分层布设，其中的模拟采空区(2)为模拟采空区、模拟巷道或地下空间。
3.根据权利要求1所述的模拟采空区充填过程实验装置，其特征在于模拟采空区(2)内的传感器(4)包括位移传感器、或应力传感器、或位移传感器与应力传感器。
全文摘要
本发明提供了一种模拟采空区充填过程实验装置，属煤矿采空区的充填和地下工程充填技术领域。模拟实验装置主要包括实验模拟装置、外部注浆控制装置和数据采集装置。实验模拟装置由有机玻璃制作的透明模型体、分层布设的岩土层、模拟采空区、联通采空区的注浆导管及布设在采空区内的传感器组成。注浆过程由外部注浆控制器自动控制。各传感器获取数据由数据线传输到数据采集器。上述装置连接配合，注浆过程及模拟巷道受上覆荷载作用时，采集各类传感器数据，形成对煤矿采空区充填过程中的力学演变过程分析。该实验装置模型主体透明可视，注浆过程和数据采集实现自动化，其结构合理、可控精度高、密封效果好，可用于室内试验采空区充填过程的教学演示和科研分析。
文档编号G09B25/00GK103035158SQ20121055971
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者陶祥令, 刘辉, 王静, 徐新斌, 魏建军, 刘聘, 徐志鹏, 赵武, 涂强, 崔廷锋 申请人:江苏建筑职业技术学院