模拟岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响的试验辅助装置及试验方法与流程

本发明涉及煤巷围岩模拟试验技术领域，特别是涉及一种模拟岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响的试验辅助装置。

背景技术：

煤是一种由母岩颗粒和胶结物相互作用形成的沉积岩，在长期地质的作用下，煤的原生裂隙较发育。煤巷是为采煤而开掘的巷道，当煤层上部岩层含有水时，岩层水可能会沿着煤原生裂纹及煤巷开掘形成的新裂隙渗出，在煤巷形成淋水。水对胶结物软化、泥化、溶解、水化、水解和溶蚀等物理化学作用，降低了煤内母岩的胶结强度；水对煤内结构面润滑作用，促进了岩体内裂隙的发育扩展，从而大大降低了煤的强度，影响煤巷道的稳定性。目前对岩层水巷道围岩强度、破坏特征影响的研究都是在现场采集煤巷围岩试块，然后在实验室加工成标准试样，其次将煤巷围岩试样进行浸水试验，最后在试验压力机进行压缩试验以研究岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响。然而在实际工程中，岩层水具有一定的水压、水量不一且具有一定流动性，因此目前对岩层水巷道围岩强度、破坏特征影响的研究不能从本质上反应岩层水对岩层水对巷道围岩强度、破坏特征影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种模拟岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响的试验辅助装置及试样方法，可以更准确地模拟不同水压、不同水量的流动岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响。

本发明提供一种模拟岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响的试验辅助装置，包括模拟器、储水桶、进水管路、进水开关、恒压供水泵、出水管路、抽水泵、出水开关、水位传感器和控制器，模拟器包括顶端开口的模拟室和可拆卸地覆盖在模拟室内上部的中空板，模拟室的底部开设有总出水孔，中空板的外层板开设有总进水孔，中空板的内层板均匀开设有多个分进水孔，总进水孔与多个分进水孔连通，储水桶经进水管路连接总进水孔，进水管路上依次设置进水开关和恒压供水泵，总出水孔经出水管路连接储水桶，出水管路上依次设置抽水泵和出水开关，储水桶内设置水位传感器，控制器分别信号连接水位传感器、进水开关和恒压供水泵。

进一步的，模拟室由前矩形板、后矩形板、左矩形板、后矩形板和下矩形板连接而成，中空板中的外层板和内层板均为矩形板。

进一步的，下矩形板的底部连接有底座。

进一步的，前矩形板、后矩形板、左矩形板、后矩形板、下矩形板、外层板和内层板均由钢材制成，前矩形板、后矩形板、左矩形板、后矩形板和下矩形板采用焊接工艺连接形成模拟室，外层板和内层板采用焊接工艺连接形成中空板。

进一步的，所述控制器为单片机。

本发明还提供一种模拟岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响的试验方法，应用权上述的模拟岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响的试验辅助装置，包括以下步骤：

步骤一、现场采集煤样，将煤样加工成与模拟室匹配的形状，在煤样中钻出巷道；

步骤二、将带有巷道的煤样放置于模拟室内，模拟室的上部盖上中空板，使中空板接触煤样的上部，中空板的四周与模拟室之间采用密封材料密封；

步骤三、根据现场岩层的水压和水量，控制器控制恒压供水泵的压力输出，控制器通过水位传感器和进水开关控制水量输出，储水桶内的水依次经进水管路、总进水孔和分进水孔流至模拟室内的煤样实现模拟；

步骤四、模拟完成后关闭进水开关，打开出水开关，启动抽水泵，模拟室内的水依次经总出水孔、出水管路和抽水泵回流至储水桶；

步骤五、从模拟室上拆卸中空板，取出煤样，将煤样进行压缩试验以研究岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响。

与现有技术相比，本发明的模拟岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响的试验辅助装置具有以下特点和优点：

1、本发明的模拟岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响的试验辅助装置，结构简单，成本较低，拆装方便；

2、本发明的模拟岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响的试验辅助装置，可模拟流动的岩层水，可改变岩层水的水压和水量，更准确地模拟不同水压、不同水量的流动岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响；

3、本发明的模拟岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响的试验方法，可以更准确地模拟不同水压、不同水量的流动岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响，试验数据更准确。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例模拟岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响的试验辅助装置的结构示意图；

图2为本发明实施例模拟岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响的试验辅助装置中的中空板的主视图；

图3为本发明实施例模拟岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响的试验辅助装置中的中空板的仰视图；

图4为本发明实施例模拟岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响的试验辅助装置中底座结构示意图；

图5为本发明实施例模拟岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响的试验方法中的带有巷道的煤样；

其中，1、储水桶，2、控制器，3、进水开关，4、恒压供水泵，5、进水管路，6、总进水孔，7、中空板，8、模拟室，9、底座，10、下矩形板，11、总出水孔，12、出水管路，13、抽水泵，14、水位传感器，15、出水开关，16、分进水孔，17、煤样，18、巷道。

具体实施方式

如图1至图4所示，本实施例提供一种模拟岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响的试验辅助装置，包括模拟器、储水桶1、进水管路5、进水开关3、恒压供水泵4、出水管路12、抽水泵13、出水开关15、水位传感器14和控制器2等部件。本实施例中的控制器2采用单片机，控制器2设置于储水桶1的外壁。模拟器包括顶端开口的模拟室8和可拆卸地覆盖在模拟室8上部的中空板7，中空板7可在模拟室8内的垂直方向移动。前矩形板、后矩形板、左矩形板、后矩形板、下矩形板10均由钢材制成，模拟室8由前矩形板、后矩形板、左矩形板、后矩形板和下矩形板10采用焊接工艺连接而成，下矩形板10的底部连接有底座9。中空板7中的外层板和内层板均为矩形板，外层板和内层板均由钢材制成，外层板和内层板采用焊接工艺连接形成中空板7。模拟室8的底部的下矩形板10开设有总出水孔11，中空板7的外层板开设有总进水孔6，中空板7的内层板均匀开设有多个分进水孔16，总进水孔6与多个分进水孔16连通，以使水从总进水孔6均匀地流至多个分进水孔16，更准确地模拟流动的岩层水。储水桶1经进水管路5连接总进水孔6，进水管路5上依次设置进水开关3和恒压供水泵4，总出水孔11经出水管路12连接储水桶1，出水管路12上依次设置抽水泵13和出水开关15，储水桶1内设置水位传感器14，控制器2分别信号连接水位传感器14、进水开关3和恒压供水泵4。本实施例中的模拟岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响的试验辅助装置，结构简单，成本较低，拆装方便，可模拟流动的岩层水，可模拟改变岩层水的水压和水量，更准确地模拟不同水压、不同水量的流动岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响。

本实施例还提供一种模拟岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响的试验方法，应用上述的模拟岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响的试验辅助装置，包括以下步骤：

步骤一、如图5所示，现场采集煤样17，将煤样17加工成与模拟室匹配的形状，在煤样17中钻出巷道18；

步骤二、将带有巷道18的煤样17放置于模拟室8内，模拟室8的上部盖上中空板7，中空板7尺寸略小于模拟室8，使中空板7接触煤样17的上部，中空板7的四周与模拟室8之间采用密封材料密封；

步骤三、根据现场岩层的水压和水量，控制器2控制恒压供水泵4的压力输出，控制器2通过水位传感器14和进水开关3控制水量输出，储水桶1内的水依次经进水管路5、总进水孔6和分进水孔16流至模拟室8内的煤样17实现模拟；

步骤四、模拟完成后关闭进水开关3，打开出水开关15，启动抽水泵13，模拟室8内的水依次经总出水孔11、出水管路12和抽水泵13回流至储水桶1，实现水的循环利用；

步骤五、从模拟室8上拆卸中空板，取出煤样，将煤样进行压缩试验以研究岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响。

本实施例中的模拟岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响的试验方法，可以更准确地模拟不同水压、不同水量的流动岩层水对煤巷围岩强度、破坏特征影响，试验数据更准确。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。