專利名稱：模擬采空區充填過程實驗裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于室內模擬采空區充填過程實驗裝置；屬于煤礦采空區的充填 和地下工程充填技術領域。
背景技術：
我國是一個煤炭消費和生產大國，長期的煤炭開采形成大面積的地下采空區，特 別是煤炭的“三下”開采形成采空區。煤礦采空區導致嚴重地層下陷和生態環境問題，治理 任務艱巨。
長期以來，國內外采空區回填主要采用的技術包括干式充填、水砂充填以及膠結 充填三種方法。其中膠結充填采空區法后膠結充填的材料膠結后強度大，顯著減少原材料 的使用，也可用于埋藏深、地壓大、圍巖不穩固的中厚以上礦體，使用膠結充填已成為煤礦 采空區回填的必然趨勢。膠結充填技術的應用加速了科研工作者的研究進程，如何在室內 模擬采空區膠結充填采空區的實驗裝置，可用于科研分析，也可用于教學演示，實用意義較 大。發明內容
本發明提供了一種模擬采空區充填過程實驗裝置，可進行模擬采空區、模擬巷道 或地下空間的注漿過程、及模擬采空區受上覆荷載作用等情形，采集各類傳感器數據，形成 對煤礦采空區充填過程的力學演變過程分析。
本發明是通過如下技術方案實現的一種模擬采空區充填過程實驗裝置，其特征 是，它包括實驗模擬裝置、外部注漿控制器和數據采集裝置三部分；所述的實驗模擬裝置包 括透明模型體，在透明模型體中充滿分層布設的巖土層，巖土層中預留有模擬采空區，和采 空區連通的注漿導管；數據采集裝置包括布設在采空區內的至少I個傳感器和透明模型體 外的數據采集器，各傳感器獲取數據并由數據線傳輸到數據采集器；所述外部注漿控制器 包括注漿控制器和注漿流量控制器；注漿控制器和注漿流量控制器依次與注漿導管連接； 還包括模擬采空區受上覆荷載作用的上覆移動荷載。注漿過程由外部注漿控制器自動控 制。各傳感器獲取數據由數據線傳輸到數據采集器；
所述的透明模型體內的巖土層根據實驗參數要求分類分層布設，其中的模擬采空 區為模擬采空區、模擬巷道或地下空間；
所述的模擬采空區布設的傳感器至少I個以上，位置預判布設；
所述的模擬采空區內傳感器包括位移傳感器、或應力傳感器、或位移傳感器和應 力傳感器。
本裝置具體操作步驟如下上述裝置連接配合完畢，可進行模擬采空區、模擬巷 道或地下空間的注漿過程、及模擬采空區受上覆荷載作用等情形；數據采集器將采集的各 類傳感器數據導出，數據處理分析后形成對煤礦采空區注漿充填過程的力學演變數值化分 析。
本發明的有益效果是模擬采空區充填過程實驗裝置模型主體透明可視，注漿過 程和數據采集實現自動化，其結構合理、可控精度高、密封效果好，可用于采空區充填過程 的教學演不和科研分析。


圖1是本發明的裝置結構示意圖。
圖中1_透明模型體，2-模擬采空區，3-巖土層，4-傳感器，5-數據線，6-數據采 集器，7-注漿導管，8-注漿控制器，9-注漿流量控制器，10-上覆移動荷載。
具體實施方式
下面結合附圖1和本發明的一個實施例進一步詳細的描述本發明的方法和效果， 但本發明不限于此實施例。
模擬采空區充填過程實驗裝置包括實驗模擬裝置、外部注漿控制器和數據采集裝 置三部分；還包括模擬采空區受上覆荷載作用的上覆移動荷載10。所述的實驗模擬裝置包 括透明模型體1，在透明模型體I中充滿分層布設的巖土層3，巖土層3中預留有模擬采空 區2，和采空區2連通的注漿導管7 ;數據采集裝置包括布設在采空區內的至少I個傳感器 4和透明模型體I外的數據采集器6，各傳感器獲取數據并由數據線傳輸到數據采集器6 ； 自動控制注漿過程的外部注漿控制器與注漿導管7連接；所述的透明模型體I內的巖土層 3根據實驗參數要求分類分層布設，其中的模擬巷道2為預留空間。上覆動荷載10采用可 移動千斤頂。
所述的模擬巷道2布設的傳感器4共9個，位置預判布設。有位移傳感器和應力 傳感器。
所述的模型分層布設巖土層3后將聯通采空區的注漿管7鉆入，注漿管頭裝配注 漿控制器8。
實驗裝置的測試方法實現過程如下上述裝置中實驗模擬裝置中分層布設巖土層 3，并在巖土層3中預留空間模擬采空區2，模擬采空區2內壁布設位移或應力傳感器4，將 傳感器導線引出至與數據采集器6連接，模擬采空區2外連通注漿導管7。外部注漿控制器 與注漿導管7連接，可控制注漿流量。巖土層3上部受上覆由可移動千斤頂模擬的上覆動 荷載10進行模擬加載，裝置可進行模擬巷道2的注漿過程、及模擬巷道受上覆荷載10作用 等情形；數據采集器6將采集的各類傳感器4數據導出，數據處理分析后形成對煤礦采空區 注漿充填過程的力學演變數值化分析。
權利要求
1.一種模擬采空區充填過程實驗裝置，其特征是，它包括實驗模擬裝置、外部注漿控制器和數據采集裝置三部分；所述的實驗模擬裝置包括透明模型體(1)，在透明模型體(I)中充滿有分層布設的巖土層(3)，巖土層(3)中預留有模擬采空區(2)，和采空區(2)連通的注漿導管(7);所述的數據采集裝置包括布設在采空區內的至少I個傳感器(4)和透明模型體(I)外的數據采集器(6)，各傳感器獲取數據并由數據線傳輸到數據采集器(6);所述外部注漿控制器包括注漿控制器(8)和注漿流量控制器(9);注漿控制器(8)和注漿流量控制器(9)依次與注漿導管(7)連接；還包括使模擬采空區受上覆荷載作用的上覆移動荷載(10)。
2.根據權利要求1所述的模擬采空區充填過程實驗裝置，其特征在于透明模型體(I)內的巖土層(3)根據實驗參數要求分類分層布設，其中的模擬采空區(2)為模擬采空區、模擬巷道或地下空間。
3.根據權利要求1所述的模擬采空區充填過程實驗裝置，其特征在于模擬采空區(2)內的傳感器(4)包括位移傳感器、或應力傳感器、或位移傳感器與應力傳感器。
全文摘要
本發明提供了一種模擬采空區充填過程實驗裝置，屬煤礦采空區的充填和地下工程充填技術領域。模擬實驗裝置主要包括實驗模擬裝置、外部注漿控制裝置和數據采集裝置。實驗模擬裝置由有機玻璃制作的透明模型體、分層布設的巖土層、模擬采空區、聯通采空區的注漿導管及布設在采空區內的傳感器組成。注漿過程由外部注漿控制器自動控制。各傳感器獲取數據由數據線傳輸到數據采集器。上述裝置連接配合，注漿過程及模擬巷道受上覆荷載作用時，采集各類傳感器數據，形成對煤礦采空區充填過程中的力學演變過程分析。該實驗裝置模型主體透明可視，注漿過程和數據采集實現自動化，其結構合理、可控精度高、密封效果好，可用于室內試驗采空區充填過程的教學演示和科研分析。
文檔編號G09B25/00GK103035158SQ20121055971
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月20日 優先權日2012年12月20日
發明者陶祥令, 劉輝, 王靜, 徐新斌, 魏建軍, 劉聘, 徐志鵬, 趙武, 涂強, 崔廷鋒 申請人:江蘇建筑職業技術學院