一种水沙运移模拟试验装置及方法
[0031]S2;筛分，选取10、18、35、60、200目的筛网，对烘干后的沙样进行不同粒径的筛 分，获得粒径为2~0. 5mm的粗沙、粒径为0. 5~0. 25mm的中沙和粒径为0. 25~0. 075的 细沙=种沙样；
[0032]S3;配样，将筛选出来的S种沙样按照不同级配要求进行配比，并对试样的密度、 总孔隙度、颗粒级配进行测定；
[0033]S4;铺沙，将模型箱等分为S个区域，S个区域内铺设配比相同的沙样。相邻区域 间用高度为100mm的挡板隔开；将配制好的沙样按照从左到右的方式分区域均匀铺设在模 型箱底部，铺设高度为100mm，每铺设2cm，使用捣实器W相同力度捶打3次，从而在铺设过 程中保证沙样有相同的密实度。两相邻区域的沙样之间用同样的方法填充与试验沙样粒径 和级配相同的彩沙（黑色），彩沙铺设宽度为2~3cm，高度与沙样一致；彩沙的作用为水沙 两相流表层与内部运动规律的辅助观测。全部铺设完毕后，将模型箱上盖闭合密封；
[0034]S5;饱水，打开模型箱进水口 1和出水口 5,关闭水沙出口 6;打开加压进水装置， 调节阀口控制水流W较小的流量进入模型箱，逐渐浸润沙样，直至水从出水口 5溢出，此过 程中保证沙样不随水流溢出；关闭进水口 1和出水口 5,将模型箱静置30分钟；具体实施 时，根据沙样中最小粒径的沙样来选择注水速度，粗沙对应的注水速度为lOml/s，中沙为 5ml/s，细沙为 3ml/s;
[00巧]S6 ;水沙运移模拟，打开水沙出口 6、加压进水装置和信号采集器，调节进水阀口， 使其由小到大逐级增大进水流速，通过水压监测装置监测水压，防止因水压过大压裂模型 箱。通过透明玻璃观察沙样和彩沙的运移规律，收集水沙出口 6流出的水沙统计出沙量m， 并用秒表计时，测定其稳态时间t;
[0036] S7;断面测量，将模型箱顶部的玻璃板垂直上抬移开，防止因玻璃板的移动对彩沙 的运动轨迹产生影响。用刻度尺量取水沙运移后形成的断面形态，测定扩展半径R，用W绘 制沙样的空间展布，再用相机拍摄用彩沙作为标记的沙样轨迹图片；
[0037] S8;用与模型箱同等宽度的薄铁片将模型箱内最上层0. 5cm的沙层均匀移走，用 相机拍摄模型箱内沙样轨迹图片；
[0038] S9;重复步骤S8,向下逐层移沙直至沙样轨迹图片全部采集完毕。
[0039] 本实施例中共采用12种不同配比的沙样进行试验，其配比见下表：
[0040]
[0041] 实验过程中，步骤S6中水流速划分为5档，12种试样分别在每一档水速下采集到 的水流量Q、稳态时间t、扩展半径R和出沙量m信息如下表所示：
[0042]
[0043]
[0044]
[0045]
[0047] 试验证明，本发明能够在实验室里模拟突水溃沙过程，获取有关参数，对该些参数 规律的研究成果可应用于煤矿突水溃沙防治的工程实践中。
【主权项】
1. 一种水沙运移模拟试验装置，其特征在于：包括水流控制系统、模型箱、水沙收集系 统和参数采集系统；所述的水流控制系统包括加压进水装置和安装在加压进水装置水管上 的压力表和流量表；所述的模型箱一侧的侧壁上设有进水口、模型箱另一侧的侧壁上设有 水沙出口，水沙出口上方设有出水口；所述的加压进水装置的水管连接模型箱的进水口； 所述的模型箱的底部设有水压监测装置；所述的水沙收集系统包括水沙收集装置；所述的 参数采集系统包括计算机和与之连接的信号采集器，所述的信号采集器与水压监测装置连 接；所述的试验装置还设有用于控制设备电源的操作箱。2. 根据权利要求1所述的一种水沙运移模拟试验装置，其特征在于：所述的模型箱内 部，进水口处设有一水流缓冲装置，所述的水流缓冲装置包括一块开有均匀孔网的固定挡 板，所述的固定挡板距进水口 50mm，固定挡板的四周与模型箱内壁密封连接，所述的固定挡 板和进水口所在的侧壁之间设有海绵，所述的固定挡板远离进水口的一侧罩有一层100目 的筛网。3. 根据权利要求1和2所述的一种水沙运移模拟试验装置，其特征在于：所述的模型 箱内部的长宽高分别为600mm、100mm、100mm，进水口、出水口和水沙出口的直径为20mm， 箱体材质采用厚度为20mm的透明钢化玻璃；所述的模型箱底部，距水流缓冲装置100mm、 250mm和400mm处分别设有三个规格为M10*l. 5的微孔；距水流缓冲装置150mm、300mm和 450mm处分别设有3个3mm宽的卡槽。4. 根据权利要求1所述的一种水沙运移模拟试验装置，其特征在于：所述的模型箱顶 部为一可开合的密闭玻璃板，玻璃板与模型箱接触的四个侧面之间设有一层用于隔水的 3mm厚的塑料软板，玻璃板的四周设有多个用于固定玻璃板位置的螺丝钉。5. 根据权利要求1所述的一种水沙运移模拟试验装置，其特征在于：所述的模型箱的 侧面及其顶部均刻有精度为1mm的刻度；所述的加压进水装置采用高压水泵，所述的加压 进水装置的水管上设置有自带刻度的阀门。6. 根据权利要求1所述的一种水沙运移模拟试验装置，其特征在于：所述的水压监测 装置采用HSLY-H型孔隙水压力传感器，所述的压力传感器连接一用于校正结果的测压管； 所述的信号采集器采用DATA TAKER515数据采集器；所述的流量表采用的是涡街流量计。7. -种利用权利要求1~6所述的水沙运移模拟试验装置进行试验的方法，其特征在 于，包括以下步骤： 51 :洗沙，将沙样进行水洗，去除沙样中的粘土或粘粒成分，将水洗后的沙样放入烘干 箱烘干5小时； 52 :筛分，选取10、18、35、60、200目的筛网，对烘干后的沙样进行不同粒径的筛分，获 得粒径为2~0. 5mm的粗沙、粒径为0. 5~0. 25mm的中沙和粒径为0. 25~0. 075的细沙三种沙 样； 53 :配样，将筛选出来的三种沙样按照不同级配要求进行配比，并对试样的密度、总孔 隙度、颗粒级配进行测定； S4:铺沙，将模型箱等分为三个区域，相邻区域间用挡板隔开，将配制好的沙样按照从 左到右的方式分区域均匀铺设在模型箱底部，两相邻区域的沙样之间填充与试验沙样粒径 和级配相同的彩沙，彩沙铺设宽度为2~3cm，高度与沙样一致； S5 :饱水，打开模型箱进水口和出水口，关闭水沙出口；打开加压进水装置，调节阀门 控制水流以较小的流量进入模型箱，逐渐浸润沙样，直至水从出水口溢出，此过程中保证沙 样不随水流溢出；关闭进水口和出水口，将模型箱静置30分钟； 56 :水沙运移模拟，打开水沙出口、加压进水装置和信号采集器，调节进水阀门，使其由 小到大逐级增大进水流速，通过透明玻璃观察沙样和彩沙的运移规律，收集水沙出口流出 的水沙并用秒表计时； 57 :断面测量，将模型箱顶部的玻璃板垂直上抬移开，用刻度尺量取水沙运移后形成的 断面形态，再用相机拍摄沙样轨迹图片； 58 :用与模型箱同等宽度的薄铁片将模型箱内最上层0. 5cm的沙层均匀移走，用相机 拍摄模型箱内沙样轨迹图片； 59 :重复步骤S8,向下逐层移沙直至沙样轨迹图片全部采集完毕。
【专利摘要】一种水沙运移模拟试验装置及方法，试验装置包括水流控制系统、水沙收集系统、模型箱和参数采集系统，能够在实验室里模拟水沙运移环境条件，获取相关参数，应用到实际防治中，试验方法主要包括洗沙、筛分、配样、铺沙、饱水、水沙运移、断面测量、采集图片等步骤。本发明能够在实验室里模拟突水溃沙过程，并通过参数采集装置获取水流速度、水压等参数，为进一步对突水溃沙的水动力条件以及突水溃沙过程中的形态演化规律进行研究提供科学依据。
【IPC分类】G01M10/00
【公开号】CN104977149
【申请号】CN201510389889
【发明人】徐智敏, 孙亚军, 蔡淼, 刘灏, 靳月灿, 邵思慧, 李佳俊, 肖华, 崔思源
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年7月6日
文档序号 :
【 9260144 】
技术研发人员：徐智敏,孙亚军,蔡淼,刘灏,靳月灿,邵思慧,李佳俊,肖华,崔思源
技术所有人：中国矿业大学
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除
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