[发明专利]一种室内覆岩离层变形探测装置及其评价方法

权利要求书

1.一种室内覆岩离层变形探测装置，其特征在于，包括：煤层底板(1)、煤层(2)、岩层相似材料、重力加载装置(12)、多块薄型钢板(15)、多个勾形装置(16)、多个应变片(17)、多个位移计、摄像机、数据处理装置(19)和计算机，煤层(2)设置在煤层底板(1)上，岩层相似材料设置在煤层(2)的上方，重力加载装置(12)设置在岩层相似材料的上方，多块薄型钢板(15)设置在岩层相似材料中的各关键层及其下方的岩层之间，薄型钢板(15)的长和宽与岩层相似材料的长和宽相同，每块薄型钢板(15)上均固定有多个勾形装置(16)，薄型钢板(15)通过勾形装置(16)与岩层相似材料相固定，使薄型钢板(15)与岩层相似材料同步运动；每块薄型钢板(15)上均安装有多个应变片(17)，应变片(17)用于测量岩层从下沉到贯通裂隙或破断时应变的数值，多个位移计用于检测岩层发生扰动下沉的变形量；多个应变片(17)和多个位移计分别通过导线(18)与数据处理装置(19)相连接；所述摄像机用于记录煤层(2)的开挖程度与岩层相似材料的下沉状况；数据处理装置(19)用于接收多个应变片(17)和多个位移计的实时数据，计算机用于对重力加载装置(12)的重力、数据处理装置(19)接收的实时数据和摄像机的记录进行分析，得出岩层相似材料的极限抗拉强度；

所述岩层相似材料包括由下而上依次设置的直接顶(3)，基本顶(4)和交错设置的多个岩层和多个关键层，交错设置的多个岩层和多个关键层多个岩层和多个关键层包括由下而上依次设置的岩层一(5)，关键层一(6)，岩层二(7)，关键层二(8)，岩层三(9)，关键层三(10)和松散层(11)，所述薄型钢板(15)为三块，包括薄型钢板一、薄型钢板二和薄型钢板三，薄型钢板一设置在岩层一(5)与关键层一(6)之间，薄型钢板二设置在岩层二(7)与关键层二(8)之间，薄型钢板三设置在岩层三(9)与关键层三(10)之间，所述位移计为四个，包括第一位移计、第二位移计、第三位移计和第四位移计，第一位移计位于岩层一(5)的底部，第二位移计位于关键层一(6)的底部，第三位移计位于关键层二(8)的底部，第四位移计位于关键层三(10)的底部。

2.如权利要求1所述的室内覆岩离层变形探测装置，其特征在于，所述的多块薄型钢板(15)，相邻两块之间通过弹性绳连接，所述应变片(17)布置于该薄型钢板(15)之下，位于薄型钢板(15)的中间和两侧。

3.如权利要求1所述的室内覆岩离层变形探测装置，其特征在于，所述勾形装置(16)由圆柱体和四个“L”型钩子组成，四个“L”型钩子分别呈90°均匀分布在圆柱体的上部轴向侧面上，圆柱体的下端与薄型钢板(15)固定连接，四个“L”型钩子埋设在岩层相似材料中。

4.如权利要求1所述的室内覆岩离层变形探测装置，其特征在于，所述摄像机为高清摄像机，所述重力加载装置为钢制材料，对岩层相似材料加压模拟重力环境。

5.一种如权利要求1-4任一权利要求所述的室内覆岩离层变形探测装置的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过重力加载装置从上部对岩层相似材料施加一定力的荷载后，使岩层相似材料压缩固结，模拟真实地质条件下的重力环境；

S2、对煤层(2)进行匀速开挖，通过摄像机观察和记录上覆岩层相似材料的运动变化情况；

S3、通过多个位移计和多个应变片(17)检测岩层相似材料的运动和变形，通过摄像机记录岩层相似材料运动传递的时间以及煤层开挖程度；

S4、通过数据处理装置(19)和计算机计算得出岩层相似材料的极限抗拉强度值，计算机将计算的极限抗拉强度值和其真实值进行比较，当极限抗拉强度值和其真实值越接近，则权利要求1～4任一权利要求所述的室内覆岩离层变形探测装置的应用效果越好；

所述步骤S3中检测岩层相似材料的运动和变形的具体方法为：当岩层运动传递至岩层一(5)时，此时岩层一(5)下的位移计出现示数变化，开始记录其应变值的变化，直到其产生贯穿裂缝为止；当关键层一(6)下的位移计出现示数变化时，即关键层一(6)发生弯曲下沉，岩层二(7)随之下沉，开始记录关键层一(6)和岩层二(7)的应变值，直到其产生贯穿裂缝为止；当关键层二(8)下的位移计出现示数变化时，即关键层二(8)开始发生弯曲下沉，岩层三(9)随之下沉，开始记录关键层二(8)和岩层三(9)的应变值，直到其产生贯穿裂缝为止；当关键层三(10)下的位移计出现示数变化时，即关键层三(10)开始发生弯曲下沉，开始记录关键层三(10)的应变值，直到其产生贯穿裂缝为止。