能够保证模拟巷道水渗流均匀的渗流套管与模拟巷道结构的制作方法

本实用新型涉及一种能够保证模拟巷道水渗流均匀的渗流套管与模拟巷道结构，属于矿山地热利用与热害防治领域。

背景技术：

随着我国东部及部分中部地区进入深地开采，高地温矿井越来越普遍，针对深循环上升地下水引起的高热异常矿井，对其地热资源进行主动利用或被动防治成为绿色矿山新方向，这类型矿井的特点是地下水在深循环过程中经岩温加热后，在有利的地质条件下，如高角度断裂带或急倾斜透水层等向上涌流，以高于围岩的温度差构成一个附加热源，影响围岩及巷道风流温度场的分布。除此之外，深部矿井受开采扰动，岩体中存在大量裂隙并形成网络，构成了水-热迁移的通道。

对于上述背景的研究，现场实测难度较大且周期较长，因此实施相似模拟试验是常用的手段，通过相似模拟试验的方式研究裂隙水作用下高地温巷道围岩及巷道风流温度场、湿度场的变化规律，对于巷道热害防治具有重要意义：一方面可以为巷道隔热降温研究提供数据基础，另一方面对巷道裂隙喷浆、注浆构建复合阻热圈的思路提供数据支撑。

在相似模拟试验中，为了研究裂隙水渗流时对巷道围岩及巷道风流温度场、湿度场的影响，首先需要研究巷道单裂隙面上的水渗流，然而现有的试验方法中，试验水流是从模拟巷道的一端沿着模拟巷道的轴向通入模拟巷道的裂隙面中，在沿轴向流动时受到裂隙面阻力的影响水流量逐步减小，当水流至模拟巷道的另一端时流量已经非常微弱，难以保证沿模拟巷道轴向上的各个位置处渗流的均匀性，无法为研究裂隙水对高地温巷道围岩及巷道风流温度场、湿度场的影响提供有价值的参考数据。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的是提供一种能够保证模拟巷道水渗流均匀的渗流套管与模拟巷道结构，在单裂隙面水渗流过程中，裂隙面在沿模拟巷道轴向上的各个位置水渗流流量可以保持均匀一致，能够提高模拟试验的准确性和参考价值。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种能够保证模拟巷道水渗流均匀的渗流套管，包括套管本体，所述套管本体包括内套管和外套管，所述内套管与外套管同轴套设在一起，且内套管的管壁表面沿其长度方向向上设有一上开槽，外套管的管壁表面沿其长度方向向下设有一下开槽，所述内套管的一端设有封堵；套管本体两端分别设有连接头，所述连接头嵌设在内套管与外套管之间。

优选的，所述连接头为气动接头，气动接头中心沿轴向设有注水通道，所述内套管从注水通道中穿过，且气动接头的外螺纹与外套管端部的内螺纹相配合旋在外套管上。气动接头采用螺旋配合的方式固定在外套管上，可以使内套管与外套管之间的空腔在两端被封闭起来，避免水从外套管的两端端部流出。

优选的，所述上开槽的宽度大于下开槽的宽度。

模拟巷道结构包括筒状浇注围岩，所述筒状浇注围岩环绕内壁设有筒状砌筑围岩，所述筒状砌筑围岩中设有连通内壁与外壁的多个裂隙面，各裂隙面环绕筒状砌筑围岩的中轴线均布设置，且各裂隙面沿筒状砌筑围岩的径向发散，所述筒状砌筑围岩的外壁表面与其中轴线方向一致设有上述能够保证模拟巷道水渗流均匀的渗流套管，渗流套管嵌入裂隙中且渗流套管的外套管下开槽朝向裂隙面，渗流套管两端的连接头分别露出筒状砌筑围岩的端面。

在上述模拟巷道结构中，所述裂隙面表面设有云母纸。砌筑时云母纸能够避免砂土进入裂隙面堵塞水渗流通道。

具体使用时，通过恒温恒流注水装置向内套管未封堵的一端注水，当水充满内套管时，水的压力克服内套管上开槽的水表面张力，并从上开槽均匀流出至内套管与外套管之间的空间内，再通过外套管下开槽进入裂隙面，使裂隙面在沿模拟巷道结构轴向上的各个位置处均具有相对等量的水流入，保证沿模拟巷道结构轴向上的各个位置处水渗流的均匀一致。

相对于现有技术，本实用新型有如下优势：

(1)本实用新型当注入的水充满内套管时，水的压力克服内套管上开槽的水表面张力，并从上开槽均匀流出至内套管与外套管之间的空间内，再通过外套管下开槽进入裂隙面，使裂隙面在沿模拟巷道结构轴向上的各个位置处均具有相对等量的水流入，保证沿模拟巷道结构轴向上的各个位置处水渗流流量的均匀一致，可以为研究裂隙水对高地温巷道围岩及巷道风流、温度场、湿度场的影响提供有价值的参考数据，大大提高了模拟试验的准确性和参考价值；

(2)由于本实用新型有利于研究得出裂隙水作用下高地温巷道围岩及巷道风流温度场、湿度场的变化规律，对巷道热害防治具有重要意义。

附图说明

图1是本实用新型的渗流套管的结构示意图；

图2是内套管的主视图；

图3是外套管的主视图；

图4是连接头的立体示意图；

图5是本实用新型模拟巷道结构的立体图；

图6是图5中模拟巷道结构的端面示意图；

图中，10.套管本体，11.内套管，11-1.上开槽，12.外套管，12-1.下开槽，12-2.内螺纹，13.连接头，13-1.注水通道，13-2.外螺纹，21.筒状浇注围岩，22.筒状砌筑围岩，23.裂隙面，24.巷道口。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图所示，一种能够保证模拟巷道水渗流均匀的渗流套管，包括套管本体10，所述套管本体10包括内套管11和外套管12，所述内套管11与外套管12同轴套设在一起，且内套管11的管壁表面沿其长度方向向上设有一上开槽11-1，外套管12的管壁表面沿其长度方向向下设有一下开槽12-1，所述内套管11的一端设有封堵；套管本体10两端分别设有连接头13，所述连接头13嵌设在内套管11与外套管12之间。

优选的，所述连接头13为气动接头，气动接头中心沿轴向设有注水通道13-1，所述内套管11从注水通道13-1中穿过，且气动接头的外螺纹13-2与外套管12端部的内螺纹12-2相配合旋在外套管12上。气动接头采用螺旋配合的方式固定在外套管12上，可以使内套管11与外套管12之间的空腔在两端被封闭起来，避免水从外套管12端部流出。

优选的，所述上开槽11-1的宽度大于下开槽12-1的宽度。

模拟巷道结构包括筒状浇注围岩21，所述筒状浇注围岩21环绕内壁设有筒状砌筑围岩22，所述筒状砌筑围岩22中设有连通内壁与外壁的多个裂隙面23，各裂隙面23环绕筒状砌筑围岩22的中轴线均布设置，且各裂隙面23沿筒状砌筑围岩22的径向发散，所述筒状砌筑围岩22的外壁表面与其中轴线方向一致设有渗流套管，所述渗流套管嵌入裂隙中且渗流套管的外套管12下开槽12-1朝向裂隙面23，渗流套管两端的连接头13分别露出筒状砌筑围岩22的端面。

在上述模拟巷道结构中，所述裂隙面23表面设有云母纸。砌筑时云母纸能够避免砂土进入裂隙面23堵塞水渗流通道。

具体试验操作如下：

根据矿井的具体条件(如围岩的强度、热导率、密度等)，按照热力学相似的原理合理配置相似材料，并确定需要模拟的巷道尺寸，风流速度、温度和湿度等参数；利用相似材料制作模拟巷道结构并在其中设置温度传感器，在筒状浇注围岩21与筒状砌筑围岩22之间砌筑渗流套管，渗流套管嵌入模拟巷道结构的裂隙中且渗流套管的外套管12下开槽12-1朝向裂隙面23，渗流套管两端的连接头13分别露出筒状砌筑围岩22的端面；实际操作时，可以在筒状浇注围岩21与筒状砌筑围岩22之间对应每个裂隙面23砌筑一个渗流套管，从而可以研究多种渗流状态下裂隙水对巷道围岩、环境的影响；

将内套管11未封堵的一端与常用的恒温恒流注水装置连接，并将模拟巷道结构与风速、温度、湿度采集系统连接；打开设在模拟巷道结构巷道口24处的通风机和恒温恒湿机，调节吹入风量及模拟巷道结构入口风的温度和湿度，利用加热装置将模拟巷道结构加热到所需的试验温度后，即可通过恒温恒流注水装置向内套管11中注水，当水充满内套管11时，水的压力克服内套管11上开槽11-1的水表面张力，并从上开槽11-1均匀流出至内套管11与外套管12之间的空间内，再通过外套管12下开槽12-1进入裂隙面23，使裂隙面23在沿模拟巷道结构轴向上的各个位置处均具有相对等量的水流入，保证沿模拟巷道结构轴向上的各个位置处水渗流的均匀一致。

渗流过程中风速、温度、湿度采集系统全程记录模拟巷道结构内不同位置的围岩温度和筒体内的风流速度、风压、湿度、温度等数据。做完一组试验后，改变注入水流的温度或流量，重新记录下一组数据，从而可以利用该装置研究裂隙水对高地温巷道围岩及巷道风流、温度场、湿度场的变化规律。