02)与所述第三管体(203)之间形成的角度均为锐角；在所述第二管体(202)外侧的中部设置有水流量传感器(10)。2.根据权利要求1所述的带有水箱的模拟承压水的水袋装置，其特征在于:包括10个所述小水袋，从第1个?第5个小水袋的入水口(7)设置在所述左侧壁(5)的中部，处于靠近所述前侧壁⑶的位置，出水口⑶设置在所述右侧壁(6)的下部，处于靠近所述后侧壁(4)的位置；从第6个到10个小水袋的入水口(7)设置在所述左侧壁(5)的下部，处于靠近所述前侧壁(3)的位置；从第6个到9个小水袋的出水口(8)设置在所述右侧壁(6)的中部，处于靠近所述后侧壁(4)的位置。3.根据权利要求2所述的带有水箱的模拟承压水的水袋装置，其特征在于:在所述顶板(1)和所述底板(2)的左右两侧还分别设置有保护板(11)，由所述顶板(1)和底板(2)向左右两侧延伸而成，将所有所述小水袋的所述保护板(11)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(9)的置物空间。4.根据权利要求3所述的带有水箱的模拟承压水的水袋装置，其特征在于:所述顶板(1)和所述底板⑵为PVC板，所述前侧壁(3)、后侧壁(4)、左侧壁(5)和右侧壁(6)的截面为可折叠伸缩的齿形结构，由丁基橡胶制成。5.根据权利要求4所述的带有水箱的模拟承压水的水袋装置，其特征在于:所述小水袋的长度为270_，宽度为300_，所述前侧壁(3)、后侧壁(4)、左侧壁(5)和右侧壁(6)的最大拉伸高度为60mm ;所述保护板(11)的长度为15mm，宽度为300mm ;所述顶板⑴和底板(2)的厚度为4_，所述前侧壁(3)、后侧壁(4)、左侧壁(5)和右侧壁(6)的厚度为2.2mm ;所述弹性软管(102)为聚丙烯材料制成，外直径为70mm，内直径为50mm ;所述小水袋在使用前其内部处于完全压缩状态。6.根据权利要求5所述的带有水箱的模拟承压水的水袋装置，其特征在于:所述多个水箱具有相同的规格，所述水箱从上至下包括依次连通的上管体(401)、上箱体(402)、下管体(403)和下箱体(404)，所述上管体(401)的上端为管口，所述上管体(401)的上部为无刻度区，下部为有刻度区，所述下管体(403)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(405)。7.根据权利要求6所述的带有水箱的模拟承压水的水袋装置，其特征在于:所述水箱由非透明材料制成，在所述上管体(401)和所述下管体(403)的一侧设置长条形的由透明材料制成的液位显示区(409)，在所述液位显示区(409)上设置刻度。8.根据权利要求7所述的带有水箱的模拟承压水的水袋装置，其特征在于:所述上管体(401)和所述下管体(403)的横截面为边长为80mm的正方形，所述上管体(401)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(403)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(402)和下箱体(404)的横截面为边长为250mm的正方形，所述上箱体(402)的高度为160mm，所述下箱体(404)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。9.根据权利要求8所述的带有水箱的模拟承压水的水袋装置，其特征在于:所述水箱为3个，所述水供应装置还包括接头(407)和压力表(408)，所述3个水箱的水箱出水口(405)分别通过管路与所述压力表(408)连接，所述接头(407)的一端通过管路与所述压力表(408)连接，另一端与第一个所述小水袋的入水口(7)连接，在每个水箱和所述压力表(408)之间的管路上设置有阀门(406)。10.采用权利要求9所述的带有水箱的模拟承压水的水袋装置进行试验的方法，其特征在于:包括如下步骤: ①准备好试验工具、材料，必要的仪器设备； 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 ； 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； 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； 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，并要根据含水层实际的厚度向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: 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，则小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； 当实际含水层厚度小于4m大于2m时，使用两个水箱，方法为:将盖在水箱口的干净木板拿掉，对第一个水箱和第二个水箱加水到刚好零刻度位置时，升高水箱位置，打开第一个水箱的阀门，利用水的自身重力，将水注入到小水袋中，水面下降到下管体有刻度区最后刻度时关闭第一个水箱的阀门，再打开第二个水箱的阀门，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-16200)ml时关闭第二个水箱的阀门，刻度值从下管体的有刻度区中读出； 当实际含水层厚度小于6m大于4m时，3个水箱水量刚好可以满足，方法为:将盖在水箱口的干净木板拿掉，对三个水箱分别加水到刚好零刻度位置，升高水箱位置，打开第一个水箱的阀门，利用水的自身重力，将水注入到小水袋中，水面下降到下管体有刻度区最后刻度时关闭第一个水箱的阀门；再打开第二水箱的阀门，利用水的自身重力，将水注入到小水袋中，水面下降到下管体有刻度区的最后刻度时关闭第二个水箱的阀门；再打开第三个水箱的阀门，利用水的自身重力，将水注入到小水袋中，当最后刻度显示水箱注入的水的流量之和为(810a-32400)ml时关闭第三个水箱的阀门，刻度值从下管体的有刻度区中读出； ⑥对小水袋充完水之后，在承压含水层上方水平压一块槽钢或铁板，持续3-5分钟，各个小水袋会逐步调整水量，直到各个高度一致；按照步骤②铺设方法，在承压含水层上方水平铺设上覆岩层； ⑦风干、养护模型一周，期间将相似模拟装置的部分侧护板卸下； ⑧补偿缺少的载荷，通过杠杆或者配重铁块，加于上覆岩层层面之上以补偿缺失的载荷； ⑨按照实际开采情况，进行相似比逐步开挖煤层，通过水流量传感器及铺在岩层中的应力传感器，在煤层开挖过程中，对承压含水层载荷传递规律、含水层移动变形规律及含水层内部随着工作面的推进水压补给规律及其流动规律的相似模拟。
【专利摘要】本发明公开了一种带有水箱的模拟承压水的水袋装置，包括水箱，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，所述多个水箱具有相同的规格，所述水箱从上至下包括依次连通的上管体(401)、上箱体(402)、下管体(403)和下箱体(404)，所述上管体(401)的上端为管口，所述上管体(401)的上部为无刻度区，下部为有刻度区，所述下管体(403)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。本发明的承压水下采煤对含水层的相似模拟试验装置及方法，能够实现在煤层开采过程中，对上覆岩层中存在含水层时，对承压水的近似模拟。
【IPC分类】G01N33/00, G01N3/12
【公开号】CN105259047
【申请号】CN201510759973
【发明人】孙姗姗
【申请人】孙姗姗
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年11月5日