[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

说明书

本发明提供一种三维相似模拟实验的岩层位移监测装置及方法，装置包括：三维相似模拟实验平台，用于铺设模拟岩层；发射天线，以矩阵形式布设于待监测的岩层上；接收线圈，以矩阵形式布设于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，用于采集由接收线圈所发出的信号，并将信号传送至数据处理系统进行数据处理。本发明可以对三维相似模拟实验过程中模型内部岩层的位移量和位移方向进行测量，实现了对特定岩层进行重点监测，对模型本身的影响较小，不会干扰实验结果，而且自动化程度及测量精度较高，可以实现连续观测，并能直接输出所需数据及图像，有效解决了三维相似模拟实验中的岩层位移监测问题。

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，具体涉及一种三维相似模拟实验的岩层位移监测装置及方法。

背景技术

煤炭采出后，采空区上方岩层原有平衡遭到破坏，应力重新进行分布，进而引发矿山岩体移动、地表沉陷等地质灾害。为研究岩层移动变形规律，以制定合适的开采减损措施，就要对采空区上方岩层的移动变形量进行监测。然而，在实际生产工作中采动岩层的范围很大，现有手段很难进行全面有效的监测，因此只能通过一定缩小比例的模型对实际采矿过程进行模拟，根据模型岩层的位移来研究实际开采下的岩层移动变形规律。现阶段，采矿工程中的相似模拟实验多使用二维平面模型，只能对工作面及其上覆岩层的一个截面进行模拟，无法展示覆岩整体移动变形情况。

现有的三维相似模拟实验平台则可以模拟出整体的岩层移动，对覆岩的移动变形规律进行更加全面的研究。但是，三维相似模拟实验中发生移动变形区域多位于模型内部，无法通过目视、全站仪和摄影测量等方法直接观察测量，也就无法获得模拟岩层的位移情况。为此有学者提出了在三维模型中埋设钢管，随后将带有细线的探头顺着钢管放入模型内部的不同高度处，随后取出钢管，模型内部发生移动时就会带动探头，通过测量细线的伸长量便可以获取模型内部岩移量。该方法虽然可以监测到覆岩下沉量，但是细线拉扯过程中可能会影响模型的模拟精度，而且仅能测得岩移量，却无法测出模拟岩层移动方向。还有学者在三维模型上方安装储液箱并使用细管将液体通向各微压力传感装置，随后将装置安装在模型内部，当模拟岩层产生下沉时，装置与储液箱液面间的高差增大，微压力传感装置便可以监测到随之变化的液压，从而获取模型内部的岩移量。该方法同样存在测量装置对模型的干扰问题，并且只能对模拟岩层的上下移动进行监测，而无法获取模拟岩层的水平位移。

有鉴于此，发明人提供一种三维相似模拟实验的岩层位移监测装置及方法，通过调整测量发射天线的数量及分布可以实现对特定岩层进行重点监测，从而对模型本身的影响较小，不会干扰实验结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维相似模拟实验的岩层位移监测装置及方法，其能够在实验过程中自动测量并记录模型内部岩层的位移量及位移方向，对采动过程中覆岩移动变形的全过程进行监测。该装置通过电磁感应原理，对模型内部天线的三维坐标及姿态进行实时测量，并通过系统自动解算获取模型内部岩层整体的位移情况，为进一步分析覆岩移动变形规律提供参考及依据。

为达上述目的，本发明提供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。

所述的三维相似模拟实验的岩层位移监测装置，其中，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。