技术摘要：
本发明公开了一种煤层开采中断层活化的实验模拟装置与方法。其中，装置包括模拟实验箱体、高压注排水装置和三轴应力加/卸载平台。本发明借助三轴应力加/卸载平台，完成模拟实验箱体内模拟断层在应力作用下的活化过程。通过模拟实验箱体内模拟煤岩材料的合理铺设、空间  全部
背景技术：
断层作为典型的地质构造，在煤矿地质灾害防治中是重要的探测对象。煤层开采 过程中经常会遇到断层构造，由采动应力活化断层诱发的煤与瓦斯突出、冲击地压等动力 灾害在世界主要产煤国中都曾频繁遭遇。开采形成的不稳定结构是断层被活化的先决条 件，而开采诱发断层活化是一个复杂的应力变化和能量转移过程。因此，开展采动影响下的 断层活化过程模拟，进而提出相应的实验装置与方法，对于指导煤矿灾害防治有重要理论 参考价值。
技术实现要素：
本发明的目的在于提出一种煤层开采中断层活化的实验模拟装置，该装置利用高 压水力作用模拟采动影响，进而实现采动作用下的断层活化过程演化。 本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案： 一种煤层开采中断层活化的实验模拟装置，包括： 模拟实验箱体、高压注排水装置以及三轴应力加/卸载平台； 高压注排水装置包括水源、连通阀、排水池以及多个独立并联布置的充水胶囊； 连通阀上设有一个公共端口以及多个分支端口； 在水源与连通阀的公共端口之间设有进水主管路，在进水主管路上设有高压泵； 连通阀的分支端口的数量与充水胶囊的数量相等； 连通阀的每个分支端口分别通过一条进/出水子管路连接至一个充水胶囊的注/ 排水口处； 在每条进/出水子管路上设置一个水压监测仪； 在连通阀的公共端口与排水池之间设有排水主管路； 在每个进/出水子管路上以及排水主管路上分别安装一个高压阀门； 模拟实验箱体内铺设有模拟煤岩材料，布设断层结构以及充水胶囊；其中，各个充 水胶囊铺设于模拟煤岩材料的煤层中； 在模拟实验箱体的侧壁上设有用于三向应力受力加载的压头； 模拟实验箱体位于三轴应力加/卸载平台上，通过压头向模拟实验箱体加载三向 应力。 优选地，注/排水口处设有密封接头，进/出水子管路连接到密封接头上。 优选地，在模拟实验箱体底部设有管路穿孔； 进/出水子管路经由管路穿孔向外伸出到箱体外侧。 优选地，充水胶囊铺设于煤层的顶板侧、煤层的中部或煤层的底板侧。 优选地，模拟实验箱体内设有温度传感器、应力传感器以及位移传感器。 4 CN 111596036 A 说　明　书 2/5 页 优选地，充水胶囊的数量为3-5个。 优选地，在同一进/出水子管路上的水压监测仪以及高压阀门，其位置关系如下： 水压监测仪位于该进/出水子管路上的高压阀门与对应的充水胶囊的注/排水口 之间。 此外，本发明还提出了一种煤层开采中断层活化的实验模拟方法，该方法采用上 面述及的煤层开采中断层活化的实验模拟装置，其采用如下技术方案： 一种煤层开采中断层活化的实验模拟方法，包括如下步骤： I.在模拟实验箱体内铺设模拟煤岩材料，布设断层结构以及充水胶囊，在模拟实 验箱体内完成温度传感器、应力传感器以及位移传感器的调试； II.将模拟实验箱体放置于三轴应力加/卸载平台上，并保持稳定； III .根据实验需要开启三向应力匀速加载，同时向各个充水胶囊中并行注水加 压，在注水加压过程中保持水压与最小应力同步，以保证应力加载过程中模拟煤层不会塌 陷； IV.当达到实验需要的应力条件后，稳定一段时间； V.根据开采模拟需要，选择指定的充水胶囊排水卸压，诱发顶板或底板变形破坏， 改变模拟采场的空间结构，模拟断层上盘或下盘产生位移，断层被活化； VI.监测整个过程中模拟断层区域及箱体其他空间内的应力、温度以及位移变化。 优选地，步骤III中，注水加压的具体过程为： III.1 .打开各个进/出水子管路上的高压阀门，保持排水主管路上的高压阀门关 闭； III.2.高压泵工作，并抽取水源中的水，水经过进水主管路到达连通阀，然后分别 经过不同的进/出水子管路，注入到相应的充水胶囊中； 在注水过程中，每个进/出水子管路上的水压监测仪实时监测当前管路的注水压 力变化。 优选地，步骤IV中，充水胶囊排水卸压的过程为： 高压泵不工作，与待卸压的充水胶囊相连的进/出水子管路上的高压阀门打开，与 不卸压的充水胶囊连接的进/出水子管路上的高压阀门保持关闭状态； 同时，排水主管路上的高压阀门打开，待卸压的充水胶囊中的水先经由相应的进/ 出水子管路到达连通阀，并进一步由排水主管路排出到排水池中； 在排水过程中，相应进/出水子管路上的水压监测仪实时监测当前管路的排水压 力变化。 本发明具有如下优点： 1 .本发明采用独立并联胶囊连续卸载技术，即采用独立的胶囊，通过独立的水压 管路，采用水量注入补给或泄流卸压，实现同步非均匀加载或卸载，诱导顶板或底板位移； 2.本发明能够实现水压注入和卸压的连续稳定控制，根据实验需要，借助独立的 水压管路，采用不同的泄流速度控制顶板或底板的位移量，进而实现对断层活化的控制，最 终实现对内部能量的控制，决定模拟断层活化的启动能量。 5 CN 111596036 A 说　明　书 3/5 页 附图说明 图1为本发明实施例1中模拟实验箱体的结构示意图。 图2为本发明实施例1中高压注排水装置的结构示意图。 图3为本发明实施例1中充水胶囊在模拟实验箱体内的布置示意图。 图4为本发明实施例2中煤层开采中断层活化的实验模拟方法的流程示意图。 其中，1-压头，2-模拟煤岩材料，3-高压阀门，4-水源，5-连通阀，6-排水池，7-充水 胶囊，8-进水主管路，9-高压泵，10-进/出水子管路； 11-排水主管路，12-密封接头，13-高压阀门，14-水压监测仪。