一、设备简述：

煤层底板破坏与递进导升协同突水致灾模型试验平台，是一款针对煤矿深部开采中“底板隐伏断层突水”难题研发的综合性试验设备。它通过模拟井下采动应力、高承压水等真实工况，复现煤层底板破坏与水渗流递进导升的协同过程，终揭示突水致灾机理，为煤矿水害防治提供试验支撑。

二、组成结构

试验平台由6大核心系统构成，各系统功能协同，覆盖“模拟-监测-分析”全流程：

1.相似材料模型系统：核心为可定制钢制模型架，用于铺设模拟煤层、底板岩层、隐伏断层的相似材料（按现场岩体力学参数配比），还原真实地质结构。

2.采动应力加载系统：含液压千斤顶、压力传感器及伺服控制系统，模拟工作面推进过程中的采动应力变化。

3.承压水模拟系统：由高压水箱、恒压泵、流量传感器及管路组成，为模型提供稳定可控的承压水压力，模拟岩溶含水层环境。

4.定点动态监测系统：集成渗压计、位移传感器、微震监测探头，实时捕捉底板破坏深度、导升高度及裂隙发育数据。

5.数值模拟联动系统：搭载FLAC3D软件，可将物理试验数据导入软件，实现“物理模拟-数值模拟”结果对比验证。

6.数据采集与分析系统：含数据采集卡及专用分析软件，自动存储、处理监测数据，并生成应力场、渗流场演化曲线。

三、技术参数

1、相似材料模型架

尺寸：长5m×宽1.5m×高2m

材质：Q345钢

max承载压力：5MPa 提供稳定地质模型载体，还原含隐伏断层的煤层-底板结构

2、伺服液压加载系统

加载范围：0-3MPa

加载精度：±0.01MPa

加载速率：0.001-0.1MPa/min

模拟采动应力动态变化，精准控制工作面推进时的应力卸荷过程

3、恒压承压水系统

水压范围：0-2MPa

流量测量精度：±0.1L/h

压力稳定度：±0.005MPa

模拟岩溶含水层水压，控制承压水对底板的渗透作用

4、定点动态监测仪

监测参数：渗压（0-5MPa，精度±0.5%）

位移（0-50mm，精度±0.01mm）

采样频率：1-100Hz

实时监测底板破坏深度、递进导升高度及渗流变化

5、高精度微震监测系统

监测范围：0-10m（模型内）

定位精度：±5mm

频率响应：1-1000Hz

捕捉底板裂隙发育的微震事件，分析时空分布规律

6、FLAC3D数值模拟工作站

CPU：Intel Xeon Gold 6430；内存：64GB；显卡：NVIDIA A5000；软件版本：FLAC3D 9.0 实现应力场、渗流场耦合模拟，与物理试验结果联动验证

7、辅助设备

相似材料搅拌仪：搅拌容量50L，转速0-60r/min，确保骨料、胶结剂混合均匀。

数据可视化终端：27英寸4K显示屏，支持实时显示监测曲线、模拟云图。

四、主要功能

1.地质场景还原：按矿区地质参数，定制含隐伏断层、岩溶含水层的相似材料模型，还原真实赋存环境。

2.多因素协同模拟：同步模拟“采动应力+承压水”双因素作用，复现底板破坏与递进导升的协同过程。

3.全参数动态监测：实时采集应力、水压、位移、微震、流量等数据，覆盖突水致灾全环节。

4.双模拟联动验证：物理试验与FLAC3D数值模拟结果互校，提升致灾机理研究的准确性。

5.突水临界状态识别：通过监测“底板破坏深度-递进导升高度”对接过程，识别突水临界条件，推导安全距离。