本发明涉及一种矿井陷落柱突水防冲刷试验装置及方法，尤其是一种承压水渗流作用下矿井陷落柱突水防冲刷试验装置及方法。
背景技术：
矿井生产过程中，煤层受到陷落柱的严重威胁，如何合理留设陷落柱保护煤柱防止陷落柱突水是确保工作面安全生产的重要难题。保护煤柱留设过大造成资源浪费，留设过小则存在安全隐患。因此，研究陷落柱突水机理并确定陷落柱保护煤柱的合理尺寸，对于矿井生产具有重要意义。
目前，陷落柱问题逐渐受到了工程人员和科技工作者的重视，但关于陷落柱突水的试验研究却非常少，排水条件下三维相似物理模拟试验更是几乎空白。现有矿井陷落柱突水试验装置中承压水的模拟为不排水条件，忽略了水流循环对岩层的侵蚀作用，高压水流容易冲垮模拟岩层，缺乏真实性。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种承压水渗流作用下矿井陷落柱突水防冲刷试验装置及方法，它能够更加真实的模拟承压水作用下陷落柱渗透扩展的过程，辅助研究承压水渗流作用下陷落柱周边围岩地质特征以及保护煤柱的合理留设。
实现上述目的，本发明的一种承压水渗流作用下矿井陷落柱突水防冲刷试验装置，包括试验台架、稳流装置、连接管一、软管以及稳压水泵，所述的试验台架包括上槽体以及下槽体，所述的上槽体底板放置在下槽体槽口处，上槽体前立面为透明板，上槽体底板上设有一个通孔和若干个排水口，所述的连接管一一端与所述的通孔固定连接，所述的下槽体内放置有稳压水泵，所述的稳压水泵出水端通过软管与连接管一另一端固定连通，所述的稳流装置包括柱体、海绵罩、连接管二、至少一个金属网罩以及若干个卡环，所述的柱体竖直设置在上槽体内的底板上方，柱体设有用于储水的中心腔，柱体顶部以及侧壁均设有若干个出水孔，所述的海绵罩套装在柱体外侧，海绵罩的外侧紧密套装有至少一个金属网罩，设置在最外侧的金属网罩的外表面紧密套装有若干个卡环，所述的若干个卡环与上槽体前立面内壁可拆卸连接，所述的连接管二一端固定在柱体底部设有的连接孔内，连接管二另一端与连接管一一端可拆卸密封连通。
本发明的一种承压水渗流作用下矿井陷落柱突水防冲刷试验方法包括如下步骤：
步骤1：先将稳压水泵放置在下槽体内，再利用软管将稳压水泵出水端以及连接管一另一端连通，之后向下槽体内注入水，将上槽体放置在下槽体的槽口处；
步骤2：将稳流装置放置在上槽体内并位于上槽体底板上方，稳流装置通过其上的若干个卡环与上槽体前立面内壁可拆卸连接；
步骤3：将所述的连接管二一端固定在柱体底部设有的连接孔内，再将连接管二另一端与连接管一一端可拆卸密封连通；
步骤4：根据试验地含水层情况，在上槽体内的底部铺设与试验地含水层相同的材料，用于制作模拟含水层，所述的模拟含水层高度与柱体底部齐平，在铺设过程中，要求设置在上槽体底板上的若干个排水口畅通；
步骤5：根据所述的试验地的岩层情况，在模拟含水层上方铺设所述的试验地岩层的相似材料，用于制作模拟岩层，保证稳流装置与模拟岩层充分接触，夯实模拟岩层，用以固定稳流装置；
步骤6：启动稳压水泵，水进入柱体的中心腔内，并经柱体顶部以及侧壁上设有的若干个出水孔流出，经海绵罩以及所有金属网罩渗透至模拟岩层内，最后经模拟含水层以及上槽体底板上的若干个排水口排入下槽体内，完成一次水循环过程，直至水对模拟岩层渗透扩展至稳态（渗透区域不再向外扩展）。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明通过稳流装置模拟陷落柱，海绵罩和金属网罩有效的防止水流冲垮模拟岩层，将射流变为稳流，模拟真实的地下含水层，循环水流模拟承压水，便于清楚地观察到陷落柱的渗透和发育过程，以及煤层开挖突水的机理；
2.根据真实的地质情况进行试验，可辅助研究开挖过程中陷落柱周边围岩力学、变形和陷落柱渗流规律，辅助留设陷落柱保护煤柱和采集突水先兆信息，有利于实际工程的安全施工和灾害预警。
附图说明
图1是本发明的承压水渗流作用下矿井陷落柱突水防冲刷试验装置的主视结构示意图；
图2是图1的A部放大图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
具体实施方式一：如图1~图2所示，本实施方式公开了一种承压水渗流作用下矿井陷落柱突水防冲刷试验装置，包括试验台架1、稳流装置2、连接管一3、软管4以及稳压水泵5，所述的试验台架1包括上槽体1-1以及下槽体1-2，所述的上槽体1-1底板放置在下槽体1-2槽口处，上槽体1-1前立面为透明板，上槽体1-1底板上设有一个通孔和若干个排水口9-2，所述的连接管一3一端与所述的通孔固定连接，所述的下槽体1-2内放置有稳压水泵5，所述的稳压水泵5出水端通过软管4与连接管一3另一端固定连通，所述的稳流装置2包括柱体2-1、海绵罩2-2、连接管二2-5、至少一个金属网罩2-3以及若干个卡环2-4，所述的柱体2-1竖直设置在上槽体1-1内的底板上方，柱体2-1设有用于储水的中心腔，柱体2-1顶部以及侧壁均设有若干个出水孔9-1，所述的海绵罩2-2套装在柱体2-1外侧，海绵罩2-2的外侧紧密套装有至少一个金属网罩2-3，设置在最外侧的金属网罩2-3的外表面紧密套装有若干个卡环2-4，所述的若干个卡环2-4与上槽体1-1前立面内壁可拆卸连接，所述的连接管二2-5一端固定在柱体2-1底部设有的连接孔内，连接管二2-5另一端与连接管一3一端可拆卸密封连通。
具体实施方式二：如图1所示，具体实施方式一所述的一种承压水渗流作用下矿井陷落柱突水防冲刷试验装置，所述的连接管一3所述的一端制有外螺纹，所述的连接管二2-5所述的另一端制有相匹配的内螺纹，连接管二2-5另一端与连接管一3一端螺纹连接。
连接管二2-5与连接管一3通过螺纹可拆卸连接，有利于稳流装置2的更换，可根据试验需求选取不同的型号，而且便于清洗。
具体实施方式三：如图1~图2所示，具体实施方式一或二所述的一种承压水渗流作用下矿井陷落柱突水防冲刷试验装置，所述的柱体2-1为有机玻璃柱体。
具体实施方式四：如图1~图2所示，本实施方式公开了利用具体实施方式一、二或三所述的试验装置实现承压水渗流作用下矿井陷落柱突水防冲刷的试验方法：
步骤1：先将稳压水泵5放置在下槽体1-2内，再利用软管4将稳压水泵5出水端以及连接管一3另一端连通，之后向下槽体1-2内注入水8，将上槽体1-1放置在下槽体1-2的槽口处；
步骤2：将稳流装置2放置在上槽体1-1内并位于上槽体1-1底板上方，稳流装置2通过其上的若干个卡环2-4与上槽体1-1前立面内壁可拆卸连接；
步骤3：将所述的连接管二2-5一端固定在柱体2-1底部设有的连接孔内，再将连接管二2-5另一端与连接管一3一端可拆卸密封连通；
步骤4：根据试验地含水层情况，在上槽体1-1内的底部铺设与试验地含水层相同的材料，用于制作模拟含水层6，所述的模拟含水层6高度与柱体2-1底部齐平，在铺设过程中，要求设置在上槽体1-1底板上的若干个排水口9-2畅通；
步骤5：根据所述的试验地的岩层情况，在模拟含水层6上方铺设所述的试验地岩层的相似材料，用于制作模拟岩层7，保证稳流装置2与模拟岩层7充分接触，夯实模拟岩层7，用以固定稳流装置2；
步骤6：启动稳压水泵5，水8进入柱体2-1的中心腔内，并经柱体2-1顶部以及侧壁上设有的若干个出水孔9-1流出，经海绵罩2-2以及所有金属网罩2-3渗透至模拟岩层7内，最后经模拟含水层6以及上槽体1-1底板上的若干个排水口9-2排入下槽体1-2内，完成一次水循环过程，直至水8对模拟岩层7渗透扩展至稳态（渗透区域不再向外扩展）。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。