1.一种矿体开采扰动围岩导致透水的相似物理模拟试验装置,由相似物理模型框架、加载装置、侧向加压装置、模拟加压含水层装置、试验测试装置几个部分组成,其特征在于:①相似物理模型框架由底座、三个立柱和顶梁组成,其中三个立柱中的两个外侧立柱为固定立柱,内侧立柱为可动立柱,内侧立柱的上下两端采用滚轴与顶梁和底座相连;
②加载装置由气囊、气管、气压表、阀门及高压气瓶组成,通过调节阀门,观测气压表来确定气囊给模型上部施加的压力值,试验结束后,关闭阀门,缓慢打开卸压阀门,气囊卸压;
③侧向加压装置由控制台、液压千斤顶组成,其中液压千斤顶的一端固定在相似物理模型框架的固定立柱上,另一端固定在相似物理模型框架可动立柱上;通过液压千斤顶施加侧向压力模拟水平方向的构造应力;
④模拟加压含水层装置由水箱、水泵、水管、水压表、截止阀及相似物理模拟含水地层组成,其中相似物理模拟含水地层采用塑料薄膜套和细砂组成,塑料薄膜套内充填细砂,再连接水管,由水泵给塑料薄膜套施加内供水及模拟含水层水压;
⑤相似物理模拟地层采用石膏、砂子、石灰、水按照设计配比制作,按强度相似比设计相似物理模拟材料装入塑料薄膜套作为相似物理模拟隔水地层;
⑥试验测试装置由钢化玻璃板、摄像仪、瞬变电磁仪、应变仪、声发射仪、光线光栅分析仪和计算机组成;在相似物理模拟材料表面布设位移监测点,用摄像仪连续拍照记录位移监测点的变化分析位移规律;在相似物理模拟隔水地层上下布置瞬变电磁探头,监测模拟含水层渗流及相似物理模拟隔水效果;应变仪和光线光栅分析仪监测在相似物理模拟材料中埋设应变片和分布式光纤,确定矿体开采扰动引起围岩内应力变化;声发射仪用于测试相似物理模拟岩层断裂位置。
2.根据权利要求1所述的矿体开采扰动围岩导致透水的相似物理模拟试验装置的操作方法,其特征在于:步骤一:熟悉开采地层的地质水文及开采技术条件,依据收集到的资料,选择相似物理模拟材料,设计每个模拟地层的相似物理模拟材料的配比;
步骤二:按照相似物理模拟材料配比制作模拟地层材料,在相似物理模型框架两侧分别安装第一层槽钢,在相似物理模型框架内铺设模拟地层材料,并压实;在安装第二层槽钢,再相似物理模型框架内铺设模拟地层材料,并压实;依次进行其他模拟地层的制作;
步骤三:在开采矿体的顶板和底板的相似物理模拟材料中按设计要求埋设应变片和分布式光纤;
步骤四:相似模拟隔水地层按强度相似比设计相似物理模拟材料,并装入塑料薄膜内,塑料薄膜的四周布设必须超过模拟含水层的位置,依靠塑料薄膜实现隔水模拟;在模拟隔水地层上下安装瞬变电磁探头和声发射探头;
步骤五:相似物理模拟含水地层采用塑料薄膜套和细砂组成,塑料薄膜套内充填细砂,再连接水管;
步骤六:相似物理模拟材料晾干达到设计要求,拆除一侧槽钢,清理相似物理模拟材料表面,但不能破坏塑料薄膜,设置位移监测点,安装钢化玻璃板在相似物理模型框架的两个固定立柱上;
步骤七:所有模拟地层的相似物理模拟材料及监测传感器在相似物理模型框架铺设及安装结束后,在相似物理模型框架上部安装气囊、气管和相似物理模型框架的顶梁;
步骤八:调试和检查检测仪器,由水泵给塑料薄膜套施加内供水及模拟含水层水压;侧向加压模拟水平方向构造应力;由高压气瓶给气囊加压,实现模型上部施加;
步骤九:按照设计开采,操作检测仪器及传感器监测模拟地层的位移、应变、声发射和电流值,分析矿体开采扰动围岩导致透水的机理。