采动煤层底板渗流模拟试验系统

煤矿地下水库底板渗流模拟试验系统装置

电动地下水平面渗流实验模拟系统煤层开采底板渗流实验

地下水渗流模型模拟试验系统模拟煤矿地下水库渗流模型装置

一、装置介绍

煤矿地下水库底板渗流模拟试验系统是针对采空区底板在采动破坏与储水压力耦合作用下的渗流规律研究而研制的专用设备。该系统通过创新的“气压加载替代水压” 技术，精准模拟地下水库水头压力与覆岩自重应力，结合封闭试验箱内的流固耦合环境，实现对采空区底板 “下四带” 渗流过程的动态模拟。

系统核心功能包括：模拟不同渗透压力下的底板岩层渗流行为、实时监测孔隙水压力与渗流量变化、揭示采动应力与储水压力对底板稳定性的影响机制。

二、主要技术参数

加载与压力控制

zui大竖向载荷为300kN（单点载荷150kN）；实现侧向分级加载，

zui大水平载荷1800kN（单点载荷300kN）；

作动器zui大行程达260mm（竖向）和200mm（侧向）；

压力模拟范围：0~0.8MPa

压力控制精度：±0.5% FS，分为力和位移两种方式

加载方式：分区域独立加载（4 个单元，支持非均匀应力场模拟）

压力响应时间：≤1s

试验箱与模型尺寸

模型尺寸：1000mm×600mm×500mm（长×宽×高）

供水能力：恒压水箱（水位波动≤±5mm），进水速率0~50mL/s

监测与数据采集

孔隙水压力：量程0~1MPa，精度±0.2% FS，测点数量≥12 个

渗流量：量程0~20mL/s，精度±0.1mL/s（电磁流量计）

采样频率：10Hz

数据存储：支持≥10 万组试验记录

三、装置组成

系统由伺服稳压控制系统（气压加载装置）、试验箱系统（供水装置）、监测与数据采集系统三部分组成，各部分功能与结构如下：

1. 伺服稳压控制系统（气压加载装置）

核心功能：以气压替代水压，精准模拟地下水库的渗透水压力（水头高度）和覆岩自重应力，避免水体直接接触模拟材料导致的参数干扰。

主要组件：

空气压缩机（最大排气压力1.0MPa）：提供稳定气源；

精密减压阀与伺服控制器（带PID 调节）：实现压力数字化调控，确保精度 ±0.5% FS；

分区域加载模块（4 个独立单元）：通过不同区域压力差异模拟采动引起的应力集中；

压力传感器（采样频率10Hz）：实时反馈压力值，形成闭环控制。

2. 试验箱系统（供水装置）

核心功能：提供封闭的模型空间，模拟采空区底板“下四带” 结构，实现渗流介质（水）的循环供给与边界约束。

主要组件：

钢架主体结构：钢焊接，外侧覆钢板，确保加载时变形量≤0.5mm/m；

内部功能层：底部设透水层（石英砂+ 滤网，渗透系数 1×10³cm/s），侧面为可调节约束板（模拟不同岩性边界）；

供水模块：含恒压水箱（维持稳定进水压力）、流量计（监测进水速率）及管路系统（耐腐蚀材质）；

3. 监测与数据采集系统

核心功能：同步采集渗流过程中的关键参数，实现数据实时显示、存储与分析。内部安装26个监测孔，配备11套流量传感器和1套压力传感器，可实现不同部位流量和压力实时监测。

主要组件：

传感器阵列：包括孔隙水压力传感器（预埋于模型不同深度）、电磁流量计（安装于出水口）、激光位移计（监测模型表面变形）；

数据采集仪：通道数≥20，采样频率 10Hz，将传感器信号转换为数字量；

工业计算机与配套软件：实时显示孔隙水压力- 时间曲线、渗流量变化趋势，支持数据自动存储与后期分析（如阶段特征提取、参数关联性分析）。