1.一种封闭式煤矿地下水库相似模拟试验方法,应用封闭式煤矿地下水库相似模拟试验装置,封闭式煤矿地下水库相似模拟试验装置包括底座、左立柱、右立柱、挡板、横梁、加载压头、材料箱和隔水袋;底座上面的中间位置开设有调节凹槽,底座上面的左侧设置两根左立柱,底座上面的右侧设置两根右立柱,底座同侧的左立柱和右立柱之间从下到上依次紧密并排可拆卸连接多块挡板,左立柱的上端和右立柱的上端之间设置横梁,横梁上设置多个加载压头,底座上面设置材料箱,材料箱的前面、后面及上面开口,材料箱的底面的中间位置开设升降凹槽,升降凹槽内从左到右依次紧密并排放置有多块升降块,升降块的上表面与材料箱的底面平齐,升降凹槽开设多个贯通材料箱底面的螺纹孔,螺纹孔内螺纹连接有螺纹柱,螺纹柱的顶端位于调节凹槽内,材料箱内嵌套上方开口的隔水袋,隔水袋内放置有水袋和若干个水压计,水袋上开设若干个漏水孔,水袋经进水管连接有供水单元,水压计经信号线连接有监测单元;其特征在于,包括以下步骤:步骤一、根据工程现场的地质岩层原型和封闭式煤矿地下水库相似模拟试验装置的尺寸,选择合理的相似比,得到相似材料试验模型的尺寸,并确定相似材料试验模型中煤层及各岩层的铺设高度及材料配比;
步骤二、根据煤层的铺设高度及相似比,试验人员经调节凹槽正向旋转螺纹柱,螺纹柱将升降块从初始位置顶起高度hm,同时在装置前后分别装配若干块挡板,挡板的高度稍大于hm,升降块、材料箱底面、材料箱左右侧面及挡板围成凹槽,往隔水袋内且于凹槽中铺设煤层相似材料以模拟边界煤柱,铺设煤层相似材料与凹槽上沿平齐,使模拟边界煤柱铺设高度为hm;
步骤三、在隔水袋内的底面铺设直接顶相似材料以模拟直接顶,将若干个水压计埋于直接顶中,水压计的信号线引出连接监测单元,继续在直接顶上铺设各岩层相似材料以模拟各岩层,随着岩层铺设高度的增大,也同时在装置前后由下向上不断装配挡板,确定相似材料试验模型中煤层采后顶板导水裂隙带与弯曲下沉带交界处的高度hd,在铺设岩层相似材料高度达到hd时,将水袋铺设于岩层上以模拟含水层,水袋经水管引出连接供水单元,并继续铺设岩层相似材料达到相似材料试验模型的设计高度形成相似材料试验模型,通过加载压头对相似材料试验模型补偿加载剩余岩层荷载;
步骤四、根据相似比,试验人员经调节凹槽反向旋转螺纹柱,从一侧起各升降块逐渐按确定时间间隔降落以模拟对煤层的开采,顶板岩层出现不同程度的破碎冒落,煤层开采后,受采动影响,开采区域上方的顶板岩层会形成梯台状的“三带”结构,三带自下向上依次为冒落带、导水裂隙带和弯曲下沉带,储水空间由下向上也逐渐减小,其中,导水裂隙带和冒落带组成的“梯台”空间即为地下水库的储水空间,原铺设在直接顶里的水压计随直接顶的破碎进入冒落带岩块缝隙中;
步骤五、先通过监测单元对水压计的数据进行实时监测并计时t0,随后通过供水单元经水管以流量q向水袋注入矿井水,矿井水经水袋的漏水孔进入导水裂隙带,矿井水进而沿着导水裂隙带的裂隙逐渐向下渗流进入冒落带,冒落带内的水位不断升高,形成了储水的封闭式煤矿地下水库;
步骤六、随着煤矿地下水库中水位的不断升高,水压计的数据会不断增大,但随着水位上升至导水裂隙带顶部,水压计数据趋于平衡时并计时t1,则水库库容V=q·(t1‑t0);
步骤七、煤矿地下水库水压趋于稳定后,停止注入矿井水,放置一段时间,以模拟冒落岩块对矿井水的净化过程,随后经材料箱底面一侧、隔水袋、边界煤柱钻孔形成出水孔,煤矿地下水库从出水孔流出,对流出的矿井水进行水质检测。
2.根据权利要求1所述的封闭式煤矿地下水库相似模拟试验方法,其特征在于:调节凹槽包括从底座的前面向底座的后面方向开设的前调节凹槽和从底座的后面向底座的前面方向开设的后调节凹槽。
3.根据权利要求1所述的封闭式煤矿地下水库相似模拟试验方法,其特征在于:升降块的前端对应并排的两个螺纹孔,升降块的后端对应并排的两个螺纹孔。
4.根据权利要求1所述的封闭式煤矿地下水库相似模拟试验方法,其特征在于:加载压头为由液压驱动的液压压头。
5.根据权利要求1所述的封闭式煤矿地下水库相似模拟试验方法,其特征在于:监测单元为计算机。
6.根据权利要求1所述的封闭式煤矿地下水库相似模拟试验方法,其特征在于:水袋由塑胶材料制成。
7.根据权利要求1所述的封闭式煤矿地下水库相似模拟试验方法,其特征在于:水袋外形为扁平状。
8.根据权利要求1所述的封闭式煤矿地下水库相似模拟试验方法,其特征在于:隔水袋由防水材料制成。
9.根据权利要求1所述的封闭式煤矿地下水库相似模拟试验方法,其特征在于:材料箱的底面的一侧设置有出水孔。