一种岩溶陷落柱突水灾害模拟装置及方法

1.本发明属于煤炭开采技术领域，具体涉及一种岩溶陷落柱突水灾害模拟装置及方法。


背景技术：

2.近年来，随着科学技术的进步，煤矿生产与建设过程中的装备、工艺、技术都有了极大的提高，但煤矿事故，特别是煤矿底板突水事故仍然频繁发生。煤层底板突水实质是煤层下伏承压水沿采煤工作面底板隔水层岩体内部通道突破底板隔水层的阻隔，以突发、缓发或滞发的形式向上涌人工作面采空区的过程。
3.在现有作业中，煤矿开采会不可避免的遇到陷落柱的存在，煤矿中会存在陷落柱，陷落柱对于煤炭开采地下作业是一个安全隐患和进度障碍，在煤矿井下，陷落柱内部及周围岩层破碎、渗水严重，从而增加发生积水内灌，塌方和瓦斯爆炸等矿难的风险。
4.然而，现有的突水预测方法仅是针对较为传统的地形进行的实验模拟，对与包含陷落柱的较为复杂的地下环境模拟的不够准确，特别是在进行煤层开采时，开采过程也会对地下结构造成影响，从而致使矿井突水量和经常性涌水量的预测不准。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种岩溶陷落柱突水灾害模拟装置及方法，能够解决现有模拟装置和方法中环境模拟的不准确，矿井突水量和经常性涌水量的预测偏差较大的技术问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
7.一种岩溶陷落柱突水灾害模拟装置，包括支撑箱体和控制机构，所述的支撑箱体顶部设置有实验主体机构，支撑箱体内设置有水循环单元；
8.所述的实验主体机构包括顶部开放的模拟箱，模拟箱的前侧箱壁上设置有观察窗，在模拟箱的内部由上至下设置有第一隔板和第二隔板，所述的第一隔板和第二隔板上开设有多个通孔；
9.所述的第一隔板与箱底之间的空间为含水层腔室，第一隔板与第二隔板之间的空间为隔水层腔室，第二隔板与箱顶之间的空间为砂岩层腔室；
10.所述的模拟箱内还并列设置有第一陷落柱腔体和第二陷落柱腔体，第二陷落柱腔体连接有破坏带腔体；
11.所述的第一陷落柱腔体的底端设置于模拟箱的箱底，第一陷落柱腔体的顶端依次贯穿第一隔板和第二隔板伸至模拟箱箱顶之外；所述的第二陷落柱腔体的底端与第一陷落柱腔体相连通，第二陷落柱腔体的顶端依次贯穿第一隔板和第二隔板与设置于砂岩层腔室内的破坏带腔体的底部相连通，破坏带腔体的顶部设置有煤层模拟单元；
12.所述的控制机构包括控制器以及与控制器相连的煤层控制组件和水循环控制组件；所述的煤层控制组件用于控制煤层模拟单元；所述的水循环控制组件用于控制水循环
单元。
13.本发明还包括如下技术特征：
14.所述的煤层模拟单元包括并排安装于破坏带腔体内的主动轮、从动轮，以及配合连接在主动轮和被动轮之间的用于模拟煤层的链带，主动轮的主动轮轮轴和从动轮的从动轮轮轴均贯穿破坏带腔体的前后侧壁，链带的上表面凸出于破坏带腔体的顶部；
15.所述的模拟箱的后侧箱壁外侧设置有水平支撑板；所述的煤层控制组件包括设置于所述的水平支撑板上的减速机和设置于破坏带腔体底部的第一液位感应器；所述的减速机的输入端连接有电机，减速机的输出端穿过所述的模拟箱的后侧箱壁通过所述的主动轮轮轴与主动轮相连；
16.所述的第一液位感应器和电机分别与所述的控制器相连。
17.所述的水循环单元包括设置于所述的支撑箱体内的水箱，水箱通过供水管与所述的含水层腔室相连通；所述的第一陷落柱腔体的顶部通过回水管与所述的水箱相连通；所述的水箱上设置有第一水阀；
18.所述的水循环控制组件包括水泵和第二液位感应器，水泵设置于支撑箱体内与所述的水箱相连接，第二液位感应器设置于第一隔板下表面；
19.所述的水泵和第二液位感应器分别与所述的控制器相连。
20.所述的供水管上设置有第二水阀，第二水阀与控制器相连。
21.所述的破坏带腔体为斗状且底部为弧形。
22.所述的通孔的直径为3～5mm，第一隔板和第二隔板的孔隙率为60～70％。
23.所述的第一陷落柱腔体在含水层腔室内的部分为倒漏斗状，第一陷落柱腔体的倾斜侧壁与第一陷落柱腔体的中心轴之间的夹角为60
°
～75
°
，第一陷落柱腔体的倒漏斗状部分的侧壁为网状；
24.所述的第二陷落柱腔体的底部与第一陷落柱腔体的倾斜侧壁通过连接腔体相连，连接腔体的上壁与第二陷落柱腔体的中心轴之间的夹角为50
°
～60
°
。
[0025][0026]
所述的链带外表面上分布有多个不规则形状的凸起。
[0027]
所述的支撑箱体上设置有控制面板，控制面板与控制器相连接，用于显示实验数据及所述的控制机构的工作状态。
[0028]
一种所述的岩溶陷落柱突水灾害模拟装置的模拟方法，具体包括以下步骤：
[0029]
步骤一：填充介质，在所述的含水层腔室、隔水层腔室、砂岩层腔室、第一陷落柱腔体、第二陷落柱腔体和破坏带腔体内填充相应的介质；
[0030]
步骤二：预上水，启动控制机构，通过所述的控制器开启所述的水循环控制组件给所述的模拟箱内上水，当所述的第二液位感应器感应到水位，则关闭水循环控制组件，停止对模拟箱内继续上水；
[0031]
步骤三：开启模拟实验，再次启动控制机构，对模拟箱内持续上水，当所述的第一液位感应器感应到水位时，通过所述的煤层控制组件控制所述的煤层模拟单元进行运动；
[0032]
步骤四：实时记录，对所述的实验主体机构持续上水，记录所述的第一陷落柱腔体、第二陷落柱腔体和破坏带腔体的喷水情况；
[0033]
步骤五：装置排水，通过所述的水循环控制组件将所述的实验主体机构内的水排
回至水箱。
[0034]
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
[0035]
本技术通过控制机构控制模拟箱内环境及实验主体的多层结构进行煤层开采的模拟，并通过观察窗观测模拟的地质变化情况。整体装置具有结构简单，易于观察等优点，并通过控制机构控制煤层模拟单元和水循环单元来模拟煤矿开采过程，能够直观形象的模拟煤层开采过程中与陷落柱相关的突水灾害的全过程，提升在煤层开采过程中的矿井突水量和经常性涌水量等灾害数据的预测准确率。最终可以准确的根据模拟进行灾害的预测和预警，并有利于灾后的救援和修复。
附图说明
[0036]
图1为本技术实施例提供的岩溶陷落柱突水灾害模拟装置的立体结构示意图；
[0037]
图2为本技术实施例提供的岩溶陷落柱突水灾害拟装置的平面结构示意图；
[0038]
图3为本技术实施例提供的岩溶陷落柱突水灾害模拟装置的局部俯视结构示意图；
[0039]
图4为本技术实施例提供的一种煤层灾害模拟方法的流程示意图。
[0040]
图中各个标号的含义为：
[0041]
1、支撑箱体，3、实验主体机构，4、水循环单元，5、控制面板；
[0042]
201、煤层控制组件，202、水循环控制组件；
[0043]
2011、减速机，2012、第一液位感应器，2013、电机，2021、水泵，2022、第二液位感应器；
[0044]
300、模拟箱，301、观察窗，302、第一隔板，303、第二隔板，304、含水层腔室，305、隔水层腔室，306、砂岩层腔室，307、第一陷落柱腔体，308、第二陷落柱腔体，309、破坏带腔体，310、煤层模拟单元，311、水平支撑板，312、连接腔体；
[0045]
3101、主动轮，3102、从动轮，3103、链带；
[0046]
400、水箱，401、供水管，402、回水管，403、第一水阀，404、第二水阀。
[0047]
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
[0048]
遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本技术技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
[0049]
本发明中，除非另外定义，本技术实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件、物件或者方法步骤涵盖出现在该词后面列举的元件、物件或者方法步骤及其等同，而不排除其他元件、物件或者方法步骤。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在未做相反说明的情况下，使用的方位词如“上”、“下”、“左”、“右”等通常是指以相应附图中的图面为基准定义的，“内”、“外”是指相应
部件轮廓的内和外。
[0050]
实施例：
[0051]
本实施例给出一种岩溶陷落柱突水灾害模拟装置，如图1至图3所示，一种岩溶陷落柱突水灾害模拟装置，包括支撑箱体1和控制机构，支撑箱体1顶部设置有实验主体机构3，支撑箱体1内设置有水循环单元4；
[0052]
实验主体机构3包括顶部开放的模拟箱300，模拟箱300的前侧箱壁上设置有观察窗301，在模拟箱300的内部由上至下设置有第一隔板302和第二隔板303，第一隔板302和第二隔板303上开设有多个通孔；
[0053]
第一隔板302与箱底之间的空间为含水层腔室304，第一隔板302与第二隔板303之间的空间为隔水层腔室305，第二隔板303与箱顶之间的空间为砂岩层腔室306；
[0054]
模拟箱300内还并列设置有第一陷落柱腔体307和第二陷落柱腔体308，第二陷落柱腔体308连接有破坏带腔体309；
[0055]
第一陷落柱腔体307的底端设置于模拟箱300的箱底，第一陷落柱腔体307的顶端依次贯穿第一隔板302和第二隔板303伸至模拟箱300箱顶之外；第二陷落柱腔体308的底端与第一陷落柱腔体307相连通，第二陷落柱腔体308的顶端依次贯穿第一隔板302和第二隔板303与设置于砂岩层腔室306内的破坏带腔体309的底部相连通，破坏带腔体309的顶部设置有煤层模拟单元310；
[0056]
控制机构包括控制器以及与控制器相连的煤层控制组件201和水循环控制组件202；煤层控制组件201用于控制煤层模拟单元310；水循环控制组件202用于控制水循环单元4。
[0057]
在本实施例中，模拟箱300为顶部开放的中空箱体结构，观察窗301可供操作者进行观察模拟箱300内部情况，观察窗301一般可以为有机玻璃、钢化玻璃等透明材质，第一隔板302为水平放置的平板，第二隔板303为水平放置的不规则板状，通孔的设置便于液体进入到各个腔室内。实验主体机构3主要用于模拟煤矿开采时会遇到陷落柱的几种主要工况，其主要组成部分主要包括含水层腔室304、隔水层腔室305、砂岩层腔室306、第一陷落柱腔体307、第二陷落柱腔体308、破坏带腔体309和煤层模拟单元310。其中，含水层腔室304内模拟地质结构中的富含水分的层级结构，在地质学上含水层常指土壤通气层以下的饱和层，其介质孔隙完全充满水分。隔水层腔室305内模拟地质结构中的含水层上部的岩层结构，隔水层是指保持采前岩层的连续性及其阻抗水性能的岩层。砂岩层腔室306内模拟地质结构中的普通土壤岩层机构或离含水层较远的岩层结构。煤层模拟单元310可用于模拟地质结构中的含有煤炭矿产的岩层结构。第一陷落柱305及第二陷落柱306模拟地质结构中的塌陷柱状结构，陷落柱为喀斯特陷落柱又称岩溶陷落柱的简称，是煤层下伏碳酸盐岩等可溶岩被地下水溶蚀产生空洞，引起上覆岩层冒落而成的柱状塌陷体。在具体实施例中，第一陷落柱腔体307用于模拟自然形成的陷落柱，第二陷落柱腔体308用于模拟因煤矿开采造成的隐伏型陷落柱。破坏带腔体309用于模拟地质结构中的由于煤层的开采造成的地质层级被破坏的部分，破坏带是指由于采动矿压的作用，底板岩层连续性遭到破坏，导水性发生明显改变的岩层带。通过这些结构的相互组合能够模拟煤层开采过程中遇到的各种地质层级结构。
[0058]
进一步的，控制机构主要作用为控制实验主体机构3，通过控制器，由煤层控制组
件201控制煤层模拟单元310的运动来模拟煤矿开采；水循环控制组件202用于控制水循环单元4，来模拟地质结构中的上水情况；还可以对其他结构进行调整或控制等等。其中控制机构控制实验主体机构3的方式有很多，例如：煤层模拟单元310为多层层叠结构，在实验过程中通过抽取一层层煤层来模拟煤矿开采；或是煤层模拟单元310为整体可破坏结构，可破坏为细粒，在实验过程中通过抽取破坏煤层的细粒来模拟煤矿开采等等。
[0059]
在具体应用场景中，支撑箱体1可以为1680mm*800mm(长*宽)，支撑箱体1上用于承载模拟箱300的平台的尺寸可以为1700mm*570mm(长*宽)。整个模拟装置高度可以为1500mm。之后，为了使整个装置更为平稳，支撑箱体1的脚部可以为高度可调节的支撑结构，以通过多个脚部的高度调整，最终使模拟箱300位于水平或达到操作者想要的角度。
[0060]
作为本实施例的一种优选方案，本实施例中煤层模拟单元310包括并排安装于破坏带腔体309内的主动轮3101、从动轮3102，以及配合连接在主动轮3101和从动轮3102之间的用于模拟煤层的链带3103，主动轮3101的主动轮轮轴和从动轮3102的从动轮轮轴均贯穿破坏带腔体309的前后侧壁，链带3103的上表面凸出于破坏带腔体309的顶部；
[0061]
模拟箱300的后侧箱壁外侧设置有水平支撑板311，煤层控制组件201包括设置于水平支撑板311上的减速机2011和设置于破坏带腔体309底部的第一液位感应器2012；减速机2011的输入端连接有电机2013，减速机2011的输出端穿过模拟箱300的后侧箱壁通过主动轮轮轴与主动轮3101相连；
[0062]
第一液位感应器2012和电机2013分别与控制器相连。
[0063]
本事实例中，通过煤层控制组件201为煤层模拟单元310传输动力，当第一液位感应器2012感应到水位时，控制器向煤层控制组件201发出指令，促使主动轮3101和从动轮3102协同作用带动模拟煤层的链带3103沿水平方向来回移动或朝一个方向一直移动，通过模拟煤层的移动，从而进一步带动破坏带腔体309内的环境活动，模拟真实破坏带的移动或活动情况，提升模拟实验的结果准确率。主动轮3101的主动轮轮轴和从动轮3102的从动轮轮轴于破坏带腔体309的壁体接触的部位、减速机2011的输出端与模拟箱300的后侧箱壁接触的部位均设置有密封圈，避免对实验结果的准确率造成影响。
[0064]
作为本实施例的一种优选方案，本实施例中水循环单元4包括设置于支撑箱体1内的水箱400，水箱400通过供水管401与含水层腔室304相连通，给模拟箱300内供水；第一陷落柱腔体307的顶部通过回水管402与水箱400相连接，从第一陷落柱腔体307内溢出的液体通过回水管402回流至水箱400内；水箱400上还安装有第一水阀403，通过第一水阀403从外部水体系统中获取水体；
[0065]
水循环控制组件202包括水泵2021和第二液位感应器2022，水泵2021设置于水箱400内与供水管401的一端相连，水泵2021与控制器相连，控制器控制水泵2021将水箱400内的水通过供水管401向模拟箱300内供给，在试验完成后，通过供水管401将模拟箱300中的水抽回水箱400；第二液位感应器2022设置于第一隔板302下表面并与控制器相连，第二液位感应器2022在感应到水位后向控制器发出信号，以供控制器做出后续决定，可以达到水循环的自动化。
[0066]
作为本实施例的一种优选方案，本实施例中的供水管401上设置有第二水阀404，第二水阀404与控制器相连，第二水阀404可控制供水管401的暂停供水。
[0067]
作为本实施例的一种优选方案，本实施例中破坏带腔体309为斗状且底部为弧形，
由于在真正进行煤矿开采时，由于煤层的移动或破坏，往往越靠近煤层的地质结构越容易被破坏，而地质较为松软的陷落柱上部其被破坏的程度越深，从而在砂岩层腔室306中容易形成弧形的破坏带，本实施例中为破坏带腔体309，其中该弧形的底部为弧形的最深处，且破坏带腔体309的弧形底部也开设有多个通孔。
[0068]
作为本实施例的一种优选方案，本实施例中第一隔板302和第二隔板303上的通孔的直径为3mm，第一隔板和第二隔板的孔隙率为60％，能够模拟突水时，地下水穿过各个地层时的状态，提高模拟实验的结果准确率。
[0069]
作为本实施例的一种优选方案，本实施例中第一陷落柱腔体307在含水层腔室304内的部分为倒漏斗状，第一陷落柱腔体307的倾斜侧壁与第一陷落柱腔体307的中心轴之间的夹角为60
°
～75
°
，进一步更真实的模拟天然陷落柱的形态，第一陷落柱腔体307的倒漏斗状部分的侧壁为网状，网状部分可选用不锈钢材质，便于含水层腔室304内的液体进入到第一陷落柱腔体307内，使含水层腔室304和第一陷落柱腔体307内的水位保持一致。
[0070]
第二陷落柱腔体308的底部与第一陷落柱腔体307的倾斜侧壁通过连接腔体312相连，连接腔体312的上壁与第二陷落柱腔体308的中心轴之间的夹角为50
°
～60
°
，为了模拟真实的地质环境，可以将第一陷落柱腔体307及第二陷落柱腔体308在含水层腔室304内连通，以此通过填充同一种材质，并形成连通状态，来真实模拟具体的地质情形，在进行突水灾害模拟时，使水流或渗水能够顺利沿两条陷落柱进行蔓延。
[0071]
作为本实施例的一种优选方案，本实施例中链带3103外表面上分布有多个不规则形状的凸起，能够更真实的模拟煤层表面在挖掘过程中与破坏带之间的动力状态，凸起的材质可选用硅胶、橡胶等，以上材质的选择，既能保证链带3013的正常运行，又能对破坏带腔体309内的介质产生力。
[0072]
作为本实施例的一种优选方案，本实施例中支撑箱体1上设置有控制面板5，控制面板5与控制器相连接，用于显示实验数据及控制机构的工作状态，使操作者的观察更为直观，该控制面板5可以是触控屏，也可以仅是显示屏，当控制面板5为触控屏时，可以将部分或全部控制按钮、开关等通过控制面板5显示出来，使操作者能够更方便的进行整体控制，并在控制的同时查看相应的实验数据，以此来及时进行相应的调整。
[0073]
基于同一构思，本技术还提供了一种应用如上任一实施例所述的岩溶陷落柱突水灾害模拟装置的岩溶陷落柱突水灾害模拟方法，如图4所示，具体包括以下步骤：
[0074]
步骤1010：填充介质，在含水层腔室304、隔水层腔室305、砂岩层腔室306、第一陷落柱腔体307、第二陷落柱腔体308和破坏带腔体309内填充相应的介质；
[0075]
步骤1020：预上水，启动控制机构，通过控制器开启水循环控制组件202给模拟箱300内上水，当第二液位感应器2022感应到水位，则关闭水循环控制组件202，停止对模拟箱300内继续上水；
[0076]
步骤1030：开启模拟实验，再次启动控制机构，对模拟箱300内持续上水，当第一液位感应器2012感应到水位时，通过煤层控制组件201控制煤层模拟单元310进行运动；
[0077]
步骤1040：实时记录，对实验主体机构3持续上水，记录第一陷落柱腔体307、第二陷落柱腔体308和破坏带腔体309的喷水情况；
[0078]
步骤1050：装置排水，通过水循环控制组件202将实验主体机构3内的水排回至水箱400。
[0079]
上述实施例的方法应用于前述实施例中相应的煤岩溶陷落柱突水灾害模拟装置，在前述岩溶陷落柱突水灾害模拟装置的实施例中已经涉及了上述各步骤包括的具体内容的说明以及相应的有益效果，故在本实施例中不再赘述。
[0080]
在具体实施例中，在通过岩溶陷落柱突水灾害模拟装置进行模拟实验时，首先在含水层腔室304、隔水层腔室305、砂岩层腔室306、第一陷落柱腔体307、第二陷落柱腔体308和破坏带腔体309内填充与现实场景中相对应的介质，第二步在给模拟箱300内预上水，通过控制面板5上的按钮或模拟按钮启动控制机构，其中的控制器开启水泵2021和第二水阀404，水箱400内的水通过供水管401进入到含水层腔室304内，进一步的，因为第一陷落柱腔体307的部分网状结构和连接腔体312的存在，含水层腔室304内的水同步进入到第一陷落柱腔体307和第二陷落柱腔体308内，第一陷落柱腔体307和第二陷落柱腔体308内的水位与含水层腔室304的水位持平，当水位上升至第二液位感应器2022时第二液位感应器2022感应到水位，则关闭第二水阀404，暂停对模拟箱300进一步预上水，第二液位感应器2022设置的位置目的是模拟表达地下含水层为一直充满水的状态，第三步，开启模拟实验，通过控制器开启第二水阀404，水泵2021进一步持续向模拟箱300内上水，含水层腔室304内的水通过第一隔板302上的通孔进入到隔水层腔室305内，与此同时，第一陷落柱腔体307和第二陷落柱腔体308内的水位也再持续上涨，但因为填充的介质不同，水位上升不同，当隔水层腔室305内的水位突破第二隔板303，通过第二隔板303上的通孔进入到砂岩层腔室306内时，第二陷落柱腔体308的水位上升至破坏带腔体309的弧形底部，当第二陷落柱腔体308的水位与第一液位感应器2012接触时，控制器控制煤层控制组件201开始运作，电机2013将动力通过减速机2011的输出端传输至主动轮轮轴，在主动轮轮轴的带动下主动轮3101带动从动轮3012同步运动，进而带动用于模拟煤层的链带3103在破坏带腔室308内的介质表面开始沿水平往复运动或单向运动，模拟煤层开采过程。随着模拟煤层开采的同时，第一陷落柱腔体307、第二陷落柱腔体308和砂岩层腔体内的水位继续上升，此时，砂岩层腔体开始突破，从第一陷落柱腔体307内的水位上升至模拟箱300箱顶水平之上，第一陷落柱腔体307实现喷水模拟，第一陷落柱腔体307内涌出的水通过回流管回流至水箱400内，同时第二陷落柱腔体308自动为破坏带腔体309上水，模拟隐伏型陷落柱大量喷水进入破坏带的情形，在整个过程中可以实时对相应的数据进行记录，当实验完成后，点击排水按钮或控制面板5上的虚拟排水按钮，将整个模拟箱300中的水通过供水管401排回水箱400。
[0081]
需要说明的是，本技术实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本技术实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本技术实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。
[0082]
需要说明的是，上述对本技术特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
[0083]
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本技术的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本技术的思路下，以上实施例
或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本技术实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
[0084]
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本技术实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(ic)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本技术实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本技术实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本技术的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本技术实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
[0085]
尽管已经结合了本技术的具体实施例对本技术进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态ram(dram))可以使用所讨论的实施例。
[0086]
本技术实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本技术实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种岩溶陷落柱突水灾害模拟装置，其特征在于，包括支撑箱体(1)和控制机构，所述的支撑箱体(1)顶部设置有实验主体机构(3)，支撑箱体(1)内设置有水循环单元(4)；所述的实验主体机构(3)包括顶部开放的模拟箱(300)，模拟箱(300)的前侧箱壁上设置有观察窗(301)，在模拟箱(300)的内部由下至上设置有第一隔板(302)和第二隔板(303)，所述的第一隔板(302)和第二隔板(303)上开设有多个通孔；所述的第一隔板(302)与箱底之间的空间为含水层腔室(304)，第一隔板(302)与第二隔板(303)之间的空间为隔水层腔室(305)，第二隔板(303)与箱顶之间的空间为砂岩层腔室(306)；所述的模拟箱(300)内还并列设置有第一陷落柱腔体(307)和第二陷落柱腔体(308)，所述的第一陷落柱腔体(307)的底端设置于模拟箱(300)的箱底，第一陷落柱腔体(307)的顶端依次贯穿第一隔板(302)和第二隔板(303)伸至模拟箱(300)箱顶之外；所述的第二陷落柱腔体(308)的底端与第一陷落柱腔体(307)相连通，第二陷落柱腔体(308)的顶端依次贯穿第一隔板(302)和第二隔板(303)与设置于砂岩层腔室(306)内的破坏带腔体(309)的底部相连通，破坏带腔体(309)的顶部设置有煤层模拟单元(310)；所述的控制机构包括控制器以及与控制器相连的煤层控制组件(201)和水循环控制组件(202)；所述的煤层控制组件(201)用于控制煤层模拟单元(310)；所述的水循环控制组件(202)用于控制水循环单元(4)。2.如权利要求1所述的岩溶陷落柱突水灾害模拟装置，其特征在于，所述的煤层模拟单元(310)包括并排安装于破坏带腔体(309)内的主动轮(3101)、从动轮(3102)，以及配合连接在主动轮(3101)和从动轮(3102)之间的用于模拟煤层的链带(3103)，主动轮(3101)的主动轮轮轴和从动轮(3102)的从动轮轮轴均贯穿破坏带腔体(309)的前后侧壁，链带(3103)的上表面凸出于破坏带腔体(309)的顶部；所述的模拟箱(300)的后侧箱壁外侧设置有水平支撑板(311)；所述的煤层控制组件(201)包括设置于所述的水平支撑板(311)上的减速机(2011)和设置于破坏带腔体(309)底部的第一液位感应器(2012)；所述的减速机(2011)的输入端连接有电机(2013)，减速机(2011)的输出端穿过所述的模拟箱(300)的后侧箱壁通过所述的主动轮轮轴与主动轮(3101)相连；所述的第一液位感应器(2012)和电机(2013)分别与所述的控制器相连。3.如权利要求2所述的岩溶陷落柱突水灾害模拟装置，其特征在于，所述的水循环单元(4)包括设置于所述的支撑箱体(1)内的水箱(400)，水箱(400)通过供水管(401)与所述的含水层腔室(304)相连通；所述的第一陷落柱腔体(307)的顶部通过回水管(402)与所述的水箱(400)相连通；所述的水箱(400)上设置有第一水阀(403)；所述的水循环控制组件(202)包括水泵(2021)和第二液位感应器(2022)，水泵(2021)设置于所述的水箱(400)内与供水管(401)的一端相连，第二液位感应器(2022)设置于第一隔板(302)下表面；所述的水泵(2021)和第二液位感应器(2022)分别与所述的控制器相连。4.如权利要求3所述的岩溶陷落柱突水灾害模拟装置，其特征在于，所述的供水管(401)上设置有第二水阀(404)，第二水阀(404)与控制器相连。5.如权利要求1所述的岩溶陷落柱突水灾害模拟装置，其特征在于，所述的破坏带腔体
(309)为斗状且底部为弧形。6.如权利要求1所述的岩溶陷落柱突水灾害模拟装置，其特征在于，所述的通孔的直径为3～5mm，第一隔板和第二隔板的孔隙率为60～70％。7.如权利要求1所述的岩溶陷落柱突水灾害模拟装置，其特征在于，所述的第一陷落柱腔体(307)在含水层腔室(304)内的部分为倒漏斗状，第一陷落柱腔体(307)的倾斜侧壁与第一陷落柱腔体(307)的中心轴之间的夹角为60
°
～75
°
，第一陷落柱腔体(307)的倒漏斗状部分的侧壁为网状；所述的第二陷落柱腔体(308)的底部与第一陷落柱腔体(307)的倾斜侧壁通过连接腔体(312)相连，连接腔体(312)的上壁与第二陷落柱腔体(308)的中心轴之间的夹角为50
°
～60
°
。8.如权利要求2所述的岩溶陷落柱突水灾害模拟装置，其特征在于，所述的链带(3103)外表面上分布有多个不规则形状的凸起。9.如权利要求1所述的岩溶陷落柱突水灾害模拟装置，其特征在于，所述的支撑箱体(1)上设置有控制面板(5)，控制面板(5)与控制器相连接。10.一种岩溶陷落柱突水灾害模拟方法，其特征在于，所述的模拟方法利用权利要求3所述的岩溶陷落柱突水灾害模拟装置实现：具体包括以下步骤：步骤一：填充介质，在所述的含水层腔室(304)、隔水层腔室(305)、砂岩层腔室(306)、第一陷落柱腔体(307)、第二陷落柱腔体(308)和破坏带腔体(309)内填充相应的介质；步骤二：预上水，启动控制机构，通过所述的控制器开启所述的水循环控制组件(202)给所述的模拟箱(300)内上水，当所述的第二液位感应器(2022)感应到水位，则关闭水循环控制组件(202)，停止对模拟箱(300)内继续上水；步骤三：开启模拟实验，再次启动控制机构，对模拟箱(300)内持续上水，当所述的第一液位感应器(2012)感应到水位时，通过所述的煤层控制组件(201)控制所述的煤层模拟单元(310)进行运动；步骤四：实时记录，对所述的实验主体机构(3)持续上水，记录所述的第一陷落柱腔体(307)、第二陷落柱腔体(308)和破坏带腔体(309)的喷水情况；步骤五：装置排水，通过所述的水循环控制组件(202)将所述的实验主体机构(3)内的水排回至水箱(400)。

技术总结
本发明公开了一种岩溶陷落柱突水灾害模拟装置及方法，包括支撑箱体和控制机构，支撑箱体上设置有实验主体机构，支撑箱体内设置有水循环单元；实验主体机构包括顶部开放的模拟箱，模拟箱的前侧箱壁上设置有观察窗，模拟箱的内部由带有通孔的第一隔板和第二隔板由下至上分割为含水层腔室，隔水层腔室和砂岩层腔室，模拟箱内还并列设置有相连通的第一陷落柱腔体和第二陷落柱腔体，第二陷落柱腔体连接有破坏带腔体，破坏带腔体的顶部设置有煤层模拟单元，整体装置通过控制机构控制煤层模拟单元和水循环单元，能够直观形象的模拟现实煤层开采过程中与陷落柱相关的突水灾害的全过程，提升突水灾害数据的预测准确率，对灾害进行预测和预警。和预警。和预警。


技术研发人员：孙文洁 武强 王皓 林刚 朱开鹏
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京） 中国科学院地理科学与资源研究所
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/9/7