[发明专利]一种三维相似模拟实验的岩层位移监测装置及方法

权利要求书

1.一种三维相似模拟实验的岩层位移监测装置，其特征在于，包括：

三维相似模拟实验平台，其用于铺设模拟岩层；

发射天线，其以矩阵形式布设于待监测的岩层上；

接收线圈，其以矩阵形式布设于所述三维相似模拟实验平台的侧面，并且在电磁感应的影响下产生感应电动势；以及

信号提取装置，其用于采集由所述接收线圈所发出的信号，并将所述信号传送至数据处理系统进行数据处理。

2.根据权利要求1所述的三维相似模拟实验的岩层位移监测装置，其特征在于，所述发射天线包括信号调制器和发射线圈，其中，所述信号调制器用于直接调制所需的正弦信号波并通过功率放大进行信号增强，信号调制器通过线路与发射线圈相连接，所述接收线圈与信号提取装置通过数据线相连接。

3.根据权利要求2所述的三维相似模拟实验的岩层位移监测装置，其特征在于，所述发射线圈使用漆包线沿三个正交方向绕制而成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的三维相似模拟实验的岩层位移监测装置，其特征在于，所述接收线圈使用漆包线采用三轴正交的方法绕制而成，同时在漆包线内部放入磁芯。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的三维相似模拟实验的岩层位移监测装置，其特征在于，所述信号提取装置包括数据采集卡、滤波器和信号放大器，所述数据采集卡用于采集接收到的信号，所述信号放大器用于对采集接收到的信号进行放大，所述滤波器用于将放大的信号中包含的电磁干扰噪声滤除。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的三维相似模拟实验的岩层位移监测装置，其特征在于，所述接收线圈与对应的发射天线的高度等高。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的三维相似模拟实验的岩层位移监测装置，其特征在于，所述三维相似模拟实验平台为正方体箱型结构。

8.一种采用根据权利要求1至7中任一项所述的三维相似模拟实验的岩层位移监测装置实施的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，根据三维相似模拟实验的需求，确定发射天线、接收线圈的布设方案以及发射天线的发射频率和波形；

步骤二，自下而上逐层进行各岩层的相似模拟材料的铺设，在待监测的岩层上按照布设方案埋设发射天线，在布设时记录发射天线的布设位置及方向，并输入数据处理系统；

步骤三，在三维相似模拟实验平台的各个侧面上按照布设方案安装接收线圈，在布设完毕后测量各接收线圈的布设位置及方向，并输入数据处理系统；

步骤四，模型搭建完毕且固化后开始监测，按照预先设置每个发射天线发射信号的时间均不相同，且发射天线的测量周期分为四等份，前三份依次给缠绕在x轴、y轴和z轴方向上线圈通电，第四份则均不通电以剔除环境磁场的影响，最后根据接收天线测得的感应电压确定各发射天线的初始位置；

步骤五，利用模拟开采装置逐条带进行回采，与此同时发射天线按设定逐个发射信号，选取产生明显感应电势的接收天线进行实时数据采集，并利用数据线将信号传输至信号提取装置进行放大、除噪和拟合的预处理；

步骤六，数据处理系统根据处理后的感应电压信号，计算各发射天线的实时位置及方向，通过与初始方位进行对比即可获取发射天线处的岩层移动量及移动方向，利用插值法得出待监测岩层的位移分布情况；

步骤七，根据实验需求导出所需要的模拟岩层位移数据及其图像，用以分析岩层的移动变形规律。

9.根据权利要求8所述的监测方法，其特征在于，在步骤六中，使用最小二乘法确定发射天线的坐标及方向最终值。

10.根据权利要求9所述的监测方法，其特征在于，在步骤六中，利用二次线性插值法获取同一岩层或任意截面上的下沉量分布，已知同一岩层内4个测点竖直方向上的下沉量分别为W₁、W₂、W₃、W₄，

则岩层内任一点x₀的下沉值为：

式中：a为测点1到测点2的距离，b为测点1到测点3的距离，a₀为任一点x₀到测点1与测点3之间的连线的距离，b₀为任一点x₀到测点1与测点2之间的连线之间的距离。