一种基于连通器原理的离层水超静水压监测方法

本发明属于煤层顶板离层水害防治，具体涉及一种基于连通器原理的离层水超静水压监测方法。

背景技术：

1、地下采煤过程中，覆岩会发生沉降，当相邻岩层中下部岩层下沉量大于上部岩层下沉量时，便会在相邻岩层间形成层状空腔，该层状空腔即为离层。当离层内汇满来自周围含水层的水后所形成的积水即为离层水，当离层上部岩层受开采扰动而发生破断时，破断的离层上部岩层会对离层水产生冲击作用，并在离层水体内形成超静水压。离层水超静水压的大小直接决定了离层水涌突、下泄的可能性，因而评估离层水超静水压便显得很有必要。由于离层水超静水压原位监测难度大，故而采用物理模拟实验进行离层水超静水压监测便成为一个可行性较强的方法。

2、目前，在已有离层水超静水压监测物理实验中，如中国专利cn109667577a和cn109813486a所示，采用离层腔模拟离层、用液压腔内液体对离层上部岩层加载至破断而诱发离层水超静水压的过程模拟离层上部岩层在其自重及其他覆岩载荷影响下加载至破断而诱发离层水超静水压的过程。但尚存在以下问题：

3、(1)离层腔及液压腔内充水不易同步：在向离层腔与液压腔内充水时，由于两个腔室有独立的供水装置，导致供水过程中难以保证同步供水。在设定好实验水压后，若出现供水不同步问题，则在离层腔与液压腔达到设定的水压前，离层腔与液压腔间会形成压力差，该压力差可诱发离层上部岩层在接受液压腔加载前即提前破断，无法实现在既定实验水压下通过液压腔加载离层上部岩层至破断的设计，影响了实验的顺利进行。

4、(2)离层腔与液压腔内气体不易排尽：在向离层腔与液压腔内充水时，由于不能保证排气孔位于腔内最高处，导致离层腔及液压腔内气体不易排尽。由于气体具有压缩性，在诱发离层水超静水压形成过程中，离层腔及液压腔内的残留气体会对激发的离层水超静水压的大小产生影响，导致监测结果的不准确。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于连通器原理的离层水超静水压监测方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种基于连通器原理的离层水超静水压监测方法，包括以下步骤：

4、s1、充水前，保持离层腔进水管阀门关闭，打开其他所有阀门，将装置转动至直立状态，使活塞室排气管与离层腔排气管以及液压腔排气管在上方、离层腔与液压腔在中部、双腔连接管在下方，且活塞室排气管管口高于离层腔排气管及液压腔排气管，从而将离层腔、双腔连接管、液压腔组成连通器，且此时离层腔排气管出口、液压腔排气管出口、活塞式排气管出口均高于离层腔与液压腔，从而能够保障后期在向离层腔与液压腔内充水过程中，离层腔与液压腔内气体的及时向上排出，随后打开离层腔进水管阀门，从离层腔进水管向离层腔内充水，根据连通器原理，进入离层腔的一部分水会及时经双腔连接管向液压腔内流动，并能实现离层腔与液压腔内水面的高度保持一致，从而实现向离层腔与液压腔的同步充水；

5、s2、在向离层腔与液压腔同步充水过程中，离层腔与液压腔内的气体会被所充水体挤压出去，由于充水过程中活塞式排气管管口处于整个装置最高位置，所以当活塞室排气管内有水体流出时，说明离层腔、液压腔、活塞室内气体均已被向上排尽，即离层腔、液压腔、活塞室内均已充满水；

6、s3、离层腔与液压腔内均充满水后，关闭离层腔进水管阀门和活塞室排气管阀门，利用螺杆活塞式加压装置，经双腔排气及加压管对离层腔与液压腔同时施加初始水压；

7、s4、通过活塞室水压监测存储显示器测得离层腔与液压腔内的初始水压已施加至设定值时，停止向离层腔与液压腔继续加压，关闭双腔连接管阀门与离层腔排气管阀门，将装置由直立状态恢复至初始时的水平状态，随后利用螺杆活塞式加压装置，经双腔排气及加压管单独对液压腔内水体继续加压，当离层上部岩层受液压腔内水压作用而破断时，在离层腔内激发离层水超静水压，可被离层腔水压监测存储显示器及时监测并存储，从而实现对所激发的离层水超静水压的监测。

8、进一步的，s4中所述螺杆活塞式加压装置，具体包括活塞室、活塞和螺杆。

9、进一步的，所述对水体加压的过程通过旋转螺杆驱使活塞对活塞室内液体进行加压而实现。

10、进一步的，所述活塞室水压监测存储显示器与活塞室连接。

11、进一步的，所述s1步骤中，充水前，打开其他所有阀门的具体步骤为，打开活塞室排气管阀门、离层腔排气管阀门和双腔连接管阀门。

12、进一步的，所述装置直立状态与水平状态的切换可以通过可转动台架实现。

13、本发明的有益效果：

14、本发明解决了向离层腔及液压腔充水过程中离层腔及液压腔内充水不同步、腔内气体不易排尽的问题。充水前，通过可转动台架立起离层腔与液压腔，使离层腔排气管与液压腔排气管在上方、双腔连接管在下方，从而将离层腔、双腔连接管和液压腔组成连通器；充水时，基于连通器原理可实现离层腔与液压腔同步充水排气；充水后，通过螺杆活塞式加压装置对液压腔加压，激发超静水压并监测，为离层腔及液压腔同步充水排气、液压腔加压提供了可行的技术方案。

技术特征：

1.一种基于连通器原理的离层水超静水压监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于连通器原理的离层水超静水压监测方法，其特征在于，s4中所述螺杆活塞式加压装置(18)，具体包括活塞室(20)、活塞(19)和螺杆(17)。

3.根据权利要求2所述的一种基于连通器原理的离层水超静水压监测方法，其特征在于，所述对水体加压的过程通过旋转螺杆(17)驱使活塞(19)对活塞室(20)内液体进行加压实现。

4.根据权利要求1所述的一种基于连通器原理的离层水超静水压监测方法，其特征在于，s4中所述的活塞室水压监测存储显示器(21)与活塞室(20)连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于连通器原理的离层水超静水压监测方法，其特征在于，所述s1步骤中，充水前，打开其他所有阀门的具体步骤为，打开活塞室排气管阀门(24)、离层腔排气管阀门(27)和双腔连接管阀门(10)。

6.根据权利要求1所述的一种基于连通器原理的离层水超静水压监测方法，其特征在于，所述装置直立状态与水平状态的切换可以通过可转动台架(14)实现。

技术总结
本发明公开一种基于连通器原理的离层水超静水压监测方法，属于离层水害防治领域，解决了向离层腔及液压腔充水过程中离层腔及液压腔内充水不同步、腔内气体不易排尽的问题，本发明主要由离层腔、液压腔、螺杆活塞式加压装置、离层腔排气管、液压腔排气管、双腔连接管、可转动台架和底座组成。充水前，通过可转动台架立起离层腔与液压腔，使离层腔排气管与液压腔排气管在上方、双腔连接管在下方，从而将离层腔、双腔连接管和液压腔组成连通器；充水时，基于连通器原理可实现离层腔与液压腔同步充水排气，充水后，通过螺杆活塞式加压装置对液压腔加压，激发超静水压并监测，为离层腔及液压腔同步充水排气和液压腔加压提供了可行的技术方案。

技术研发人员：贺江辉,张佳琪,范礼胜,陈高宇,刘奕涵
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15