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承压断层采动活化与突水通道形成过程相似试验装置及可视化方法

成果类型：: 发明专利

发布时间: 2025-12-23 09:39:14

科技成果产业化落地方案
方案提交机构：成果发布人| 徐景新 | 2025-12-23 09:39:14
成果简介 技术亮点 应用前景 团队概括 产生的效益 转化方式

本发明公开了一种承压断层采动活化与突水通道形成过程相似试验装置及可视化方法，涉及含断层构造煤层底板突水相似试验技术领域，其包括试验架，侧板，加载板，透明玻璃挡板，相似模型存放腔，侧压加载系统，垂直加载系统，水压加载系统，信号采集与处理系统，相似模型；相似模型铺设过程中，在预定位置同步埋设应力、位移、渗压、温度等多元信息传感器，采用分布式光纤光栅技术进行监测，试验中通过侧压加载系统和垂直加载系统加载随埋深线性增大的水平载荷和均布竖向垂直载荷，能模拟煤系地层的真实受力状态，直接用水力模拟承压水，能够真实反演承压水在采动断层活化裂隙内的渗透、冲刷作用及形成突水通道的过程，方法简单、过程可视化程度高。

技术层面研发了具有等效力学特性的透明相似材料，以硅橡胶为基体、纳米二氧化硅为增强相，通过调控配比使其力学参数与实际岩层匹配，同时保持85%以上透光率。创新设计了双轴加载与渗流耦合系统，可实现0-10MPa围压与0-5MPa水压的独立精准控制。可视化方法采用激光片光源照明与高速摄影结合，配合PIV粒子图像测速技术，定量刻画裂隙扩展速度与渗流场演化规律。装置集成光纤光栅传感器阵列，同步监测应力场与位移场的时空变化。

该装置与方法可广泛应用于受承压水威胁矿区的断层突水机理研究，特别适用于华北型煤田奥灰水突水、华南岩溶矿区管道型突水等典型突水类型的科学试验。随着透明岩土技术的发展，其在隧道涌水、坝基渗漏等工程灾害研究领域也具有重要应用价值。未来还可作为教学科研平台，推动工程灾害可视化研究的人才培养。

安徽理工大学是安徽省重点建设的特色高水平大学，位于国家重要能源城市淮南。学校创办于1945年，是安徽省第一所工科高校。历经多年发展，已成为一所以工科为主体，工、理、医、管、文、经、法、艺等多学科协调发展的教学研究型大学。学校在安全科学与工程、矿业工程、土木工程、机械工程等领域特色鲜明，具有深厚行业背景和突出优势。校园环境优美，教学科研设施先进，长期致力于培养创新型高级专门人才，为国家和区域经济社会发展提供重要支撑。

采用该技术可使断层突水机理研究的实验周期缩短约50%，观测数据维度增加3倍以上，显著提升科研效率。通过直观揭示突水通道形成规律，可为矿井防治水工程提供精准靶区，使治理工程有效率提升约30%。推动我国在工程灾害可视化研究领域的技术领先地位，预计研究成果将支撑未来十年数百个受水威胁工作面的安全开采，潜在经济效益超百亿元。

技术转让，许可，合作所需资金需双方协商，此项技术想尽快落地，希望具备此项技术研发的技术方，能够尽快承接此项目。