一、設備簡述：

煤層底板破壞與遞進導升協同突水致災模型試驗平臺，是一款針對煤礦深部開采中“底板隱伏斷層突水”難題研發的綜合性試驗設備。它通過模擬井下采動應力、高承壓水等真實工況，復現煤層底板破壞與水滲流遞進導升的協同過程，終揭示突水致災機理，為煤礦水害防治提供試驗支撐。

二、組成結構

試驗平臺由6大核心系統構成，各系統功能協同，覆蓋“模擬-監測-分析”全流程：

1.相似材料模型系統：核心為可定制鋼制模型架，用于鋪設模擬煤層、底板巖層、隱伏斷層的相似材料（按現場巖體力學參數配比），還原真實地質結構。

2.采動應力加載系統：含液壓千斤頂、壓力傳感器及伺服控制系統，模擬工作面推進過程中的采動應力變化。

3.承壓水模擬系統：由高壓水箱、恒壓泵、流量傳感器及管路組成，為模型提供穩定可控的承壓水壓力，模擬巖溶含水層環境。

4.定點動態監測系統：集成滲壓計、位移傳感器、微震監測探頭，實時捕捉底板破壞深度、導升高度及裂隙發育數據。

5.數值模擬聯動系統：搭載FLAC3D軟件，可將物理試驗數據導入軟件，實現“物理模擬-數值模擬”結果對比驗證。

6.數據采集與分析系統：含數據采集卡及專用分析軟件，自動存儲、處理監測數據，并生成應力場、滲流場演化曲線。

三、技術參數

1、相似材料模型架

尺寸：長5m×寬1.5m×高2m

材質：Q345鋼

max承載壓力：5MPa 提供穩定地質模型載體，還原含隱伏斷層的煤層-底板結構

2、伺服液壓加載系統

加載范圍：0-3MPa

加載精度：±0.01MPa

加載速率：0.001-0.1MPa/min

模擬采動應力動態變化，精準控制工作面推進時的應力卸荷過程

3、恒壓承壓水系統

水壓范圍：0-2MPa

流量測量精度：±0.1L/h

壓力穩定度：±0.005MPa

模擬巖溶含水層水壓，控制承壓水對底板的滲透作用

4、定點動態監測儀

監測參數：滲壓（0-5MPa，精度±0.5%）

位移（0-50mm，精度±0.01mm）

采樣頻率：1-100Hz

實時監測底板破壞深度、遞進導升高度及滲流變化

5、高精度微震監測系統

監測范圍：0-10m（模型內）

定位精度：±5mm

頻率響應：1-1000Hz

捕捉底板裂隙發育的微震事件，分析時空分布規律

6、FLAC3D數值模擬工作站

CPU：Intel Xeon Gold 6430；內存：64GB；顯卡：NVIDIA A5000；軟件版本：FLAC3D 9.0 實現應力場、滲流場耦合模擬，與物理試驗結果聯動驗證

7、輔助設備

相似材料攪拌儀：攪拌容量50L，轉速0-60r/min，確保骨料、膠結劑混合均勻。

數據可視化終端：27英寸4K顯示屏，支持實時顯示監測曲線、模擬云圖。

四、主要功能

1.地質場景還原：按礦區地質參數，定制含隱伏斷層、巖溶含水層的相似材料模型，還原真實賦存環境。

2.多因素協同模擬：同步模擬“采動應力+承壓水”雙因素作用，復現底板破壞與遞進導升的協同過程。

3.全參數動態監測：實時采集應力、水壓、位移、微震、流量等數據，覆蓋突水致災全環節。

4.雙模擬聯動驗證：物理試驗與FLAC3D數值模擬結果互校，提升致災機理研究的準確性。

5.突水臨界狀態識別：通過監測“底板破壞深度-遞進導升高度”對接過程，識別突水臨界條件，推導安全距離。