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煤层底板突水试验系统
煤层底板突水试验系统
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系统的组成与功能
     系统加载系统:主要包括主机、加载水箱,压力传感器、变形传感器、位移传感器、EDC测控器、伺服液压源等。侧向加载系统:主要包括压力室、压力传感器、EDC测控器、伺服液压源等。高压突水系统:主要包括柱塞泵、稳压器、缓冲器、隔离器、流量计,安全阀等。
     突水系统包括渗透加压系统、伺服电机和控制器、EDC测控器。该系统可以实现多级可控的恒定突水流量控制。在试验盒的出水口设置一套液压传感器、流量测量装置和稳压装置,并在EDC控制系统软件中设置一个压差控制通道,来测量进口压力和出口压力的差值。而且可以实现稳态和瞬态渗透压力控制。

     突水试验盒包含了盒体、密封材料、加载垫片等,盒体中顶板、后板、右侧板由高刚度钢板制成,通过螺栓连接固定在框架上,可实现实验盒系统拆卸和转换。密封材料采用新型材料,其既有一定强度、又能承受一定的变形,而且摩擦力比较小,可以很好地隔离高压突水。在试件左侧和右侧通过加载单元施加独立侧向载荷,顶部施加垂向载荷,试件通过密封材料实现在滑动状态下仍然保持压缩密封。通过顶部不同材料垫块受压变形量的差异,实现岩块裂隙左右两部分的剪切位移。可应用控制器直接对突水进行伺服控制实现;恒定侧向刚度的控制,把根据测量得到的法向应力与法向变形计算的法向刚度值作为控制参数反馈给控制器来实现控制。

系统的试验原理
     以煤层底板突水因素水压、底板岩层、地质构造、采矿活动为主要研究对象,以岩体渗流突变诱发应力场、温度场、位移场以及地球物理场的变化特征为主线,分析岩层性质、地质构造、采矿活动以及水压大小等因素变化对底板破坏模式、突水点位置及突水前兆信息的影响,深入探讨采动煤层底板突水的机理、特征、规律等,重点研究采矿煤层底板破坏突水工程现象的诱发、发生、发展等过程的时空演化规律,建立多场耦合的底板破坏力学模型和突水识别模型。综合考虑采动效应及承压水运动,提出原位张裂与零位破坏理论,阐明了底板岩体移动发生、发展、形成和变化的过程,揭示了矿井突水的内在原因。
     从力学分析角度出发,提出薄板模型理论,认为底板岩体由采动导水裂隙带及底板隔水带组成。中科院地质所提出“强渗通道”说,认为底板是否发生突水关键在于是否具备突水通道。煤科院西安分院提出“岩水应力关系”说,认为底板突水是岩(底板砂页岩)、水(底板承压水)、应力(采动应力和地应力)共同作用的结果。中国矿业大学钱鸣高院士提出关键层理论,认为,煤层底板在采动破坏带之下,含水层之上存在一层承载能力最高的岩层,称为“关键层”,底板突水与否决由关键层所控制。

名     称
QKX-TS-103
相似材料尺寸
900*800*500
竖向最大压力
1MPa
侧向最大压力
1MPa
竖向加载点
2个
侧向加载点
1个
竖向单点压力
150KN
侧向单点压力
200KN
竖向最大行程
300mm
侧向最大行程
150mm
加载力值精度
<±1%F.S
加载力值分辨率
0.1KN
位移测量精度
<±1%F.S
位移测量分辨率
0.1mm
系统压力
15MPa
电机功率
5kw
工作电压
380V
主机满载变形量
<2mm
设备外形尺寸
2500*1500*2000(长宽高)
整机重量
4500kg

系统参数