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专利名称：煤矿采场固-液-气三相介质耦合作用模拟实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种煤矿采场固-液-气三相介质耦合作用模拟实验装置，涉及固体力学、渗流力学、构造地质、地球物理、岩石力学、地下工程、石油工程和环境工程等学科“固-液-气”三相介质耦合作用影响问题。
背景技术：
对于与“固-液-气”三相有关的如在富含水沙层下、水体下、水体上和含有气体岩层等条件下开采的研究课题有必要开展“固-液-气”三相相似模拟研究。许多模拟结果不能很好反映成岩地质体在工程状态下的实际情况，并且常常出现某些定性错误，而在试验方面研究甚少。由于开挖引起位移场的模型试验，大都是以自重体积力为主要外力条件的模拟试验，事实上在“固-液-气”三相介质耦合作用的情况下与该模拟试验条件是有很大差别的。如果仍采用一般原始的模拟方法，的确不能反映岩体在工程状态下的实际情况，也不是真正的“固-液-气”耦合相似模拟。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种煤矿采场固-液-气三相介质耦合作用模拟实验装置，采用如下技术方案一种固-液-气三相介质耦合作用模拟实验装置，包括底座、主体框架、侧护板、 开采组件、模拟材料层和监测装置；所述主体框架结构为框架结构，顶部开有装填孔，底部通过轴承与底座连接；侧护板采用有机玻璃，安装在主体框架的前后两个侧面，作为前后两面的透明观测窗口 ；开采组件包括开采工作面内支架模型和通风装置的进风管路和回风管路；模拟材料层自上而下依次是模拟黄土层、模拟砂岩、模拟细砂岩、模拟页岩、模拟基本顶、模拟直接顶、模拟煤层、模拟直接底、模拟含水层、模拟泥岩。所述的模拟实验装置，还包括示踪液体注入装置、注气装置、通风装置，示踪液体注入装置向模拟含水层内注示踪液体；注气装置向模拟煤层内注入示踪气体；通风装置向外抽气。所述的模拟实验装置，所述监测装置包括压力控制装置、声发射设备、气相色谱仪、便携式氧气测定仪、应变检测仪、流量计和钻孔窥视仪。所述的模拟实验装置，还包括加压装置，进行压力调节。所述的模拟实验装置，所述底座装有角度指示仪。本实用新型与现有技术相比具有以下优点1、能够充分发挥系统性的优势，在监测信息反馈下，利用综合手段的相互作用、相互补充，弥补了单一手段的不足。2、根据实际情况地进行科学合理设计，根据现场实际需要，即在特定的时-空-地范围内，形成采场“固-液-气”三相介质耦合作用形式，有效模拟过程。3、利用综合监测手段，监测 “固-液-气”三相介质耦合作用规律，防止安全事故发生。4、推广应用价值高，可以在采矿工程、环境工程、土木工程、石油工程等领域广泛应用。5、监测结果准确，其为的综合监测手段，充分发挥系统优势，适时、实地、科学的监测，进行准确的预测预报，为设计和生产实践提供可靠的理论依据和指导。实验结束后综合分析模拟和监测结果，得出采场“固-液-气”三相介质耦合作用规律，为现场工业化生产提供安全保障和技术支持。

图1为本实用新型“固-液-气”三相介质耦合作用实验设计布局(正视图)。图2为本实用新型根据模拟实验装置瓦斯分布规律。图3为本实用新型“固-液-气”耦合作用下模拟支架载荷检测结果，(a)两端和中间支架载荷，(b)平均载荷。图4为本实用新型“固-液-气”稱合作用下采动过程AE特征，(a)事件统计，(b) 能率-时间关系。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本实用新型进行详细说明。实施例1表1给出了工程现场物理原型相关开采技术参数。模拟实验采用的相似比= 1 100 ；煤层厚度32. 9cm，采高3. 5cm，放煤高度沈.5cm。实验设计及相关参数如图4所
7J\ ο表1现场开采基本参数
煤厚釆高阶段高度风量断面面积风速
(m) (πι) (m)(m3/min)(ra2)(m/s)
32.9 3.5m 304027.880.82如图1所示，1-1为本实用新型煤矿采场固-液-气三相介质耦合作用模拟实验装置的正视图，1-2为其立体图，本实用新型所述的煤矿采场固-液-气三相介质耦合作用模拟实验装置包括底座1、主体框架2、侧护板3、开采组件、模拟材料层(20至29)和监测装置。底座1 结构为四足框架结构，在底座1上表面中轴位置安装有一个轴承结构， 底座装有角度指示仪，可以调节主体框架角度。主体框架2:结构为框架结构，顶部开有 1200mmX 120mm装填孔，底部通过轴承与底座1连接。侧护板3 由615mm-20mm有机玻璃四边打磨而成，参考图1-1，侧护板3安装在主体框架2的前后两个侧面，作为前后两面的透明观测窗口。开采组件包括开采工作面内支架模型4和通风装置的进风管路19和回风管路 31，回风管路31安装在主体框架2左侧，进风管路19安装在主体框架2右侧。模拟材料层(20至四)参考图1，模型比例为1 100。自上而下依次是模拟黄土层20、模拟砂岩21、模拟细砂岩22、模拟页岩23、模拟基本顶M、模拟直接顶25、模拟煤层26、模拟直接底27、模拟含水层观、模拟泥岩四。[0023]参考表1，试验中模拟黄土层20采用黄土、石膏、大白粉按比例 637(6 0.3 0.7)配比而成；模拟砂岩21采用河砂、石膏和大白粉按照比例337配比而成；模拟细砂岩22采用河砂、石膏和大白粉按照比例355配比而成；模拟页岩23采用河砂、 石膏和大白粉按照比例555配比而成；模拟基本顶M采用透气不透水砂、石膏和大白粉按照比例337(3 0.3 0.7)配比而成；模拟直接顶25采用透气不透水砂、石膏和大白粉按照比例673(6 0.3 0.7)配比而成；模拟煤层沈采用煤粉、石膏和大白粉按照比例 473(4 0.3 0.7)配比而成；模拟直接底27采用河沙、石膏和大白粉按照比例673配比而成，模拟直接底27上表面涂熔融石蜡；模拟含水层观采用河沙、石膏和大白粉按照比例 355配比而成，模拟含水层观下表面涂熔融石蜡。模拟泥岩四采用黄土、石膏和大白粉按照比列655(6 0.5 0.5)配比而成。表 权利要求1.一种固-液-气三相介质耦合作用模拟实验装置，其特征在于，包括底座、主体框架、 侧护板、开采组件、模拟材料层和监测装置；所述主体框架结构为框架结构，顶部开有装填孔，底部通过轴承与底座连接；侧护板采用有机玻璃，安装在主体框架的前后两个侧面，作为前后两面的透明观测窗口 ；开采组件包括开采工作面内支架模型和通风装置的进风管路和回风管路；模拟材料层自上而下依次是模拟黄土层、模拟砂岩、模拟细砂岩、模拟页岩、模拟基本顶、模拟直接顶、模拟煤层、模拟直接底、模拟含水层、模拟泥岩。
2.根据权利要求1所述的模拟实验装置，其特征在于，还包括示踪液体注入装置、注气装置、通风装置，示踪液体注入装置向模拟含水层内注示踪液体；注气装置向模拟煤层内注入示踪气体；通风装置向外抽气。
3.根据权利要求1所述的模拟实验装置，其特征在于，所述监测装置包括压力控制装置、声发射设备、气相色谱仪、便携式氧气测定仪、应变检测仪、流量计和钻孔窥视仪。
4.根据权利要求1所述的模拟实验装置，其特征在于，还包括加压装置，进行压力调节。
5.根据权利要求1所述的模拟实验装置，其特征在于，底座装有角度指示仪。
专利摘要本实用新型公开了一种固-液-气三相介质耦合作用模拟实验装置，包括底座、主体框架、侧护板、开采组件、模拟材料层和监测装置；所述主体框架结构为框架结构，顶部开有装填孔，底部通过轴承与底座连接；侧护板采用有机玻璃，安装在主体框架的前后两个侧面，作为前后两面的透明观测窗口；开采组件包括开采工作面内支架模型和通风装置的进风管路和回风管路。监测结果准确，其为的综合监测手段，充分发挥系统优势，适时、实地、科学的监测，进行准确的预测预报，为设计和生产实践提供可靠的理论依据和指导。
文档编号G01N33/24GK202230077SQ20112012077
公开日2012年5月23日 申请日期2011年4月22日 优先权日2011年4月22日
发明者伍永平, 崔峰, 曹建涛, 来兴平, 漆涛, 王宁波, 王青松, 蒋东辉, 郭秉超 申请人:西安科技大学