一种教学用模拟含水层的实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种试验装置，特别是涉及一种教学用模拟含水层的实验装置。
【背景技术】
[0002]承压含水层广泛存在于我国煤系地层当中，由于该类含水层水压及补给作用的存在，给承压含水层下采煤带来了威胁。国内外发生了多起承压含水层下采煤的工作面压架致灾事故，造成了大量人员伤亡和巨大经济损失。而多数工作面压架致灾事故都有一个显著特点，即开采煤层上部的基岩较薄(薄基岩)，同时存在承压含水层。这样在采动影响、矿山压力以及承压水的共同作用下，弄清承压水的载荷传递、水岩共同作用下矿山压力及工作面压架致灾的机理，变得尤为重要。而目前针对上述问题，中国矿业大学许家林教授展开了大量的理论分析和试验研究，设计了松散承压含水层载荷传递作用的实验装置和松散承压含水层采动水位变化规律的实验装置及方法(申请号:200720037001.9)，但是上述试验装置及方法，存在以下不足:
[0003]⑴上述方法中用到了一整体的、全长承压水袋来近似模拟煤系地层中的承压含水层，然而作为水袋这种材料本身的特殊性，它存在一定的强度和曲率，一旦采用全长铺设水袋(如3m长的试验架就选用3m长的水袋)，由于一般需要模拟的承压水的水压较大，所设计水袋必须能承受一定的水压力，这样水袋本身的强度就不能太低，其曲率自然就变小，加之水袋在上覆岩层移动变形的两端会被岩层压紧，而覆岩的移动变形区域又很大，就会造成水袋在煤层开采后不能随着岩层移动而同步下沉运动，造成岩层与水袋的离层，承压含水层载荷就无法向下传递，造成试验失真甚至失败。
[0004]⑵上述实验方法中，也无法做到在煤层开采过程中，对含水层中受采动影响部分的水的流动及补给规律进行模拟及监控，进而也就无法做到对采煤工作面推进距离、推进速度等因素与承压水内部水流的补给方向的变化之间建立联系，做出定性及定量的判断，自然就无法得出规律性认识。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术存在的问题，减小水袋本身对试验的影响及对采动过程中含水层内部的水的流动及补给进行监控，提供一种结构简单、效果好的教学用模拟含水层的实验装置。
[0006]—种教学用模拟含水层的实验装置，包括支撑架和架设于其上的煤层和岩层，在所述岩层中设置有承压含水层，所述承压含水层由多个小水袋连接而成，所述小水袋是由顶板、底板、前侧壁、后侧壁、左侧壁和右侧壁围合而成的长方体结构，其内部为充水空间，在所述小水袋的左侧壁上设置有入水口，右侧壁上设置有出水口，后一个所述小水袋的入水口通过输水管与前一个所述小水袋的出水口相连，第一个所述小水袋的入水口与水供应装置相连，最后一个所述小水袋只设置有入水口 ；
[0007]所述输水管为中空圆柱体，在其外侧的中部设置有水流量传感器，所述水流量传感器通过数据传输装置与数据处理装置相连，所述输水管的两端为接头，在所述接头和所述水流量传感器之间设置有弹性软管，所述弹性软管能够伸缩和向各个方向弯曲，所述弹性软管为聚丙稀材料制成，外直径为70mm，内直径为50mm，长度为10mm。
[0008]本发明所述的教学用模拟含水层的实验装置，其包括10个所述小水袋，从第1个?第5个小水袋的入水口设置在所述左侧壁的中部，处于靠近所述前侧壁的位置，出水口设置在所述右侧壁的下部，处于靠近所述后侧壁的位置；从第6个到10个小水袋的入水口设置在所述左侧壁的下部，处于靠近所述前侧壁的位置；从第6个到9个小水袋的出水口设置在所述右侧壁的中部，处于靠近所述后侧壁的位置。
[0009]本发明所述的教学用模拟含水层的实验装置，其中，在所述顶板和所述底板的左右两侧还分别设置有保护板，由所述顶板和底板向左右两侧延伸而成，将所有所述小水袋的保护板依次相连，在相邻的两个所述小水袋间形成保护所述输水管的置物空间。
[0010]本发明所述的教学用模拟含水层的实验装置，其中，所述顶板和所述底板为PVC板，所述前侧壁、后侧壁、左侧壁和右侧壁的截面为可折叠伸缩的齿形结构，由丁基橡胶制成。
[0011]本发明所述的教学用模拟含水层的实验装置，其中，所述小水袋的长度为280mm，宽度为310_，所述前侧壁、后侧壁、左侧壁和右侧壁的最大拉伸高度为70_ ;所述保护板的长度为20mm，宽度为310mm ;所述顶板和底板的厚度为5mm，所述前侧壁、后侧壁、左侧壁和右侧壁的厚度为2.5mm ;所述小水袋在使用前其内部处于完全压缩状态。
[0012]本发明所述的教学用模拟含水层的实验装置，其中，所述水供应装置包括多个相同规格的水箱，所述水箱从上至下包括依次连通的上管体、上箱体、下管体和下箱体，所述上管体的上端为管口，所述上管体的上部为无刻度区，下部为有刻度区，所述下管体的上部为有刻度区，下部为无刻度区，在所述有刻度区的管壁上设置有刻度；在所述水箱的底部设置有水箱出水口。
[0013]本发明所述的教学用模拟含水层的实验装置，其中，所述水箱由透明材料制成。
[0014]本发明所述的教学用模拟含水层的实验装置，其中，所述上管体和所述下管体的横截面为边长为80mm的正方形，所述上管体的总高度为150mm，其中，上部的无刻度区高度为81.25mm，下部的有刻度区的高度为68.75mm，所述下管体的总高度为1000mm，上部的有刻度区高度为900mm，下部的无刻度区高度为100mm ;所述上箱体和下箱体的横截面为边长为250mm的正方形，所述上箱体的高度为160mm，所述下箱体的高度为100mm ;所述水箱的有刻度区的刻度值由上至下依次增大。
[0015]本发明所述的教学用模拟含水层的实验装置，其中，所述水箱为3个，所述水供应装置还包括接头和压力表，所述3个水箱的水箱出水口分别通过管路与所述压力表连接，所述接头的一端通过管路与所述压力表连接，另一端与第一个所述小水袋的入水口连接，在每个水箱和所述压力表之间的管路上设置有阀门。
[0016]采用本发明所述的教学用模拟含水层的实验装置进行试验的方法，包括如下步骤:
[0017]①准备好试验工具、材料，必要的仪器设备；
[0018]②第一次使用水箱时，需要进行水管空气排放过程，过程为:关闭水供应装置中第一个水箱的阀门，向水箱中注入干净水源，加水过程要平稳，水加到下箱体即将注满时停止，打开水箱阀门，水箱中的水会在压力下从水管流出，从而将初次使用的水箱水管中空气排出，然后关闭阀门；然后按照上述方法依次向第二个水箱和第三个水箱加水并进行排放空气过程；水箱加水之后，要拿干净的木板盖住水箱口 ；
[0019]③按照相似原理，分层铺设需要模拟的煤岩层，要保证铺设的煤岩层层面平直，在需要监测应力的岩层铺设应变片，将应变片数据线都引向一侧，从相似模拟装置两侧圆孔中穿出，同时安装侧护板，铺设到承压含水层时暂停，开始铺设小水袋；
[0020]④铺设承压含水层:将小水袋构成的承压含水层铺于岩层上，保证连接紧密，铺设紧凑、平直，将水流量传感器数据线都引向一侧；
[0021]⑤小水袋构成的承压含水层铺于岩层上之后，需要向进行排放空气过程后的水箱内加水，要根据含水层实际的厚度加水，使小水袋充水到模拟厚度，水箱加水之后，要拿干净的木板盖住水箱口 ；加水量及小水袋的充水方法如下:
[0022]当实际含水层厚度小于2m时，按照相似比100:1计算，小水袋需要达到的厚度小于20mm，则水袋中总共需要的水量小于16200ml，使用一个水箱加水，方法为:将盖在水箱口的干净木板拿掉，对第一个水箱加水到刚好零刻度位置时，升高水箱位置，打开水箱阀门，利用水的自身重力，将水注入到小水袋中，最后刻度显示水箱注入的水的流量之和为810a ml时关闭阀门，a为含水层模拟高度，a = h/100，单位为mm，h为含水层实际高度，刻度值从下管体的有刻度区中读出；
[0023]当实际含水层厚度小于4m大于