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原文传递一种模拟滨海矿区地表特异性沉陷规律的实验方法

专利名称：	一种模拟滨海矿区地表特异性沉陷规律的实验方法
摘要：	本发明公开了一种模拟滨海矿区地表特异性沉陷规律的实验方法，涉及相似材料模拟技术领域。其所采用的实验装置包括相似材料模拟实验箱体、地下水补给模拟装置、海水入侵模拟装置、地下水抽采模拟装置、实验箱体角度调节装置、数据采集及处理装置；在相似材料模拟实验箱体内从下到上依次铺设有底板岩层、煤层、顶板岩层、灰质泥岩层、含水层、泥岩层、松散层；含水层为水砂袋，水砂袋与相似材料模拟实验箱体的尺寸相匹配。本发明能够综合考虑滨海矿区地下水运移、煤层开采、地下水抽采、地下水补给、海水入侵等多因素协同影响，模拟自然环境下地下水‑海水驱替作用下覆岩破坏规律及多因素影响下滨海矿区地表特异性沉降。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	山东科技大学
发明人：	陈绍杰;薛守振;王亚博;尹大伟;刘久潭;张继成;盛守前
专利状态：	有效
申请日期：	2023-07-19T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-24T00:00:00+0800
申请号：	CN202310889757.X
公开号：	CN117110580A
代理机构：	青岛众智源知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	张红凤
分类号：	G01N33/24;G;G01;G01N;G01N33;G01N33/24
申请人地址：	266590 山东省青岛市黄岛区前湾港路579号山东科技大学
主权项：	1.一种模拟滨海矿区地表特异性沉陷规律的实验方法，其特征在于，包括以下步骤： a、准备所需实验装置所述的实验装置包括相似材料模拟实验箱体、地下水补给模拟装置、海水入侵模拟装置、地下水抽采模拟装置、实验箱体角度调节装置、数据采集及处理装置；所述的相似材料模拟实验箱体内从下到上依次铺设有底板岩层、煤层、顶板岩层、灰质泥岩层、含水层、泥岩层、松散层；在各层相似材料的交界处布置有位移及应力监测点，在位移及应力监测点处设置应力传感器，来监测各层相似材料中不同位置的应力变化，通过所述的数据采集及处理装置来监测监测点的位移变化；在所述的相似材料模拟实验箱体的侧壁上设置有煤层开挖活动窗口；含水层为水砂袋，所述的水砂袋与相似材料模拟实验箱体的尺寸相匹配，所述的水砂袋包括袋本体与位于袋本体内的不同岩性的砂石，所述的袋本体为前、后、左、右、上、下面组成的长方体结构，在袋本体的上面和下面可随岩层移动而发生变形；在所述的袋本体的上面设置有均匀分布的若干个水位观测孔，所述的水砂袋连接有水位观测仪，通过所述的水位观测仪实时观测水砂袋内水位的变化；所述的地下水补给模拟装置、海水入侵模拟装置、地下水抽采模拟装置均与所述的水砂袋连接；所述的实验箱体角度调节装置用于调节所述的相似材料模拟实验箱体的角度； b、根据模拟水平地层或模拟倾斜地层，来调整相似材料模拟实验箱体的角度，使得相似材料模拟实验箱体达到所需角度； c、通过地下水补给模拟装置和海水入侵模拟装置向水砂袋内同时注入地下水和海水，通过水位观测仪来观察，当快注满水砂袋时，开启所述的地下水抽采模拟装置进行抽水，假设抽水速率为V1，地下水注入速率为V2，海水注入速率为V3，此时V1＝V2+V3； d、待地下水补给模拟装置、海水入侵模拟装置、地下水抽采模拟装置的各个监测表显示稳定后，停止调节；并通过数据采集及处理装置获取实验数据； e、打开煤层开挖活动窗口，按照相似比例开挖； f、保持V2和V3不变，改变V1，模拟不同地下水开采条件下覆岩破坏及地表沉陷规律；保持V2不变，V1＝V2+V3，改变V3，当V3≤V2时，模拟自然条件下地下水向海水流动的情况，当V3>V2时，模拟海水入侵条件下覆岩破坏及地表沉陷规律；保持V1不变，改变V2及V3，V1＝V2+V3,V2由大到小，再由小到大，V3由小到大，再由大到小，如此反复进行，模拟煤层开采地下水与海水驱替条件下覆岩破坏及地表沉陷规律；同时改变V1、V2、V3，模拟自然条件下煤炭开采-地下水抽采及补给-海水入侵协同影响下地表特异性沉陷规律； g、通过数据采集及处理装置处理实验数据，明确滨海矿区地表特异性沉陷影响因素及权重，获得地下水与海水驱替作用下覆岩移动破坏特征及规律，分析煤炭开采-地下水抽采及补给-海水入侵协同影响下地表特异性沉陷特征。 2.根据权利要求1所述的一种模拟滨海矿区地表特异性沉陷规律的实验方法，其特征在于：所述的相似材料模拟实验箱体的前、后面采用透明钢化玻璃板制成。 3.根据权利要求1所述的一种模拟滨海矿区地表特异性沉陷规律的实验方法，其特征在于：所述的地下水补给模拟装置通过地下水输水管与相似材料模拟实验箱体连接，所述的海水入侵模拟装置通过海水输水管与相似材料模拟实验箱体连接，所述的地下水抽采模拟装置通过竖直硬管与相似材料模拟实验箱体连接。 4.根据权利要求1所述的一种模拟滨海矿区地表特异性沉陷规律的实验方法，其特征在于：所述的地下水补给模拟装置包括地下水储水槽、地下水可调速输水泵、地下水储水槽支架、地下水输水管，所述的地下水可调速输水泵用于调节输水速率，所述的地下水输水管上设置有地下水流量表及地下水水压表，所述地下水输水管的进水端与地下水储水槽连接，出水端贯通相似材料模拟实验箱体右侧面并与水砂袋相连。 5.根据权利要求1所述的一种模拟滨海矿区地表特异性沉陷规律的实验方法，其特征在于：所述的海水入侵模拟装置包括海水储水槽、海水可调速输水泵、海水储水槽支架、海水输水管，所述海水可调速输水泵用于调节输水速率，所述海水输水管上设置有海水流量表及海水水压表，所述海水输水管进水端与海水储水槽连接，出水端贯通相似材料模拟实验箱体左侧面与水砂袋相连。 6.根据权利要求1所述的一种模拟滨海矿区地表特异性沉陷规律的实验方法，其特征在于：地下水抽采模拟装置包括可调速抽水泵、可调速抽水泵开关、竖直硬管、排水软管、抽水流量表、抽水水压表、水槽，所述可调速抽水泵可调节抽水速率，并设有控制开关。 7.根据权利要求1所述的一种模拟滨海矿区地表特异性沉陷规律的实验方法，其特征在于：实验箱体角度调节装置包括底座、左侧立柱、右侧立柱以及顶梁，所述的底座位于相似材料模拟实验箱体的下方，所述的顶梁位于左侧立柱和右侧立柱的顶部，在所述的顶梁上设置有至少两个角度调节器，所述的角度调节器连接有液压缸，在所述的液压缸的底部为铰接接口，在所述的相似材料模拟实验箱体的顶部设置有固定接头，所述的固定接头与铰接接口连接；通过控制液压缸来改变相似材料模拟实验箱体的角度。 8.根据权利要求1所述的一种模拟滨海矿区地表特异性沉陷规律的实验方法，其特征在于：数据采集及处理装置包括数据采集及处理器、XTDP三维光学摄像测量机构，通过所述的数据采集及处理器与所述的相似材料模拟实验箱体连接。
所属类别：	发明专利