[发明专利]一种三维相似模拟装置和覆岩运动的三维试验监测方法

说明书

本发明涉及一种三维相似模拟装置和覆岩运动的三维试验监测。所述三维相似模拟装置包括相似模拟试验台、一个或多个离层仪和震动波监测装置，其中所述震动波监测装置包括一个或多个震动波激发装置和一个或多个震动波接收分析装置。本发明通过震动波监测装置例如地震CT监测材料模型内部的波速分布情况，根据波速推演出应力分布情况，用离层仪对模型地表沉陷情况进行检测，结合二者监测相似材料模型覆岩结构整体的变化情况。

技术领域

本发明涉及采矿工程技术领域，具体涉及一种三维相似模拟装置和覆岩运动的三维试验监测方法。

背景技术

覆岩运动规律是指由采动所引起的煤层上覆岩层一系列的变动规律，是矿山工程问题研究的重要部分。三维相似材料模拟实验可以根据现场数据以及煤岩的物理性质，利用与天然岩石物理力学性质相似的人工配比材料，按一定比例对模型进行缩小，然后在模型中进行开挖巷道或模拟采场工作，以推测原现场发生的情况，是研究覆岩运动规律的一种重要方法。

三维相似材料模拟试验中，常用压力传感器和位移传感器对材料模型内部的应力及位移情况进行监测，通过对数据的处理，研究覆岩运动发展规律。然而传感器监测数据不具有连续性，难以对模型内部的内力变化情况进行实时监测，具有一定的局限性，因此有必要提出一种可对相似材料模型内部结构变化情况进行详细监测的方法。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种可用于监测室内三维相似材料试验覆岩结构变化的三维相似模拟装置和方法。通过震动波监测装置例如地震CT监测材料模型内部的波速分布情况，根据波速推演出应力分布情况，用离层仪对模型地表沉陷情况进行检测，结合二者监测相似材料模型覆岩结构整体的变化情况。

根据本发明的第一方面，所述三维相似模拟装置包括相似模拟试验台、离层仪和震动波监测装置，其中所述震动波监测装置包括一个或多个震动波激发装置和一个或多个震动波接收分析装置。

根据本发明的一些实施方式，所述相似模拟试验台包括相似模拟试验台架、底板、顶梁、第一侧板和与所述第一侧板相对的第二侧板。

在本发明中所述相似模拟试验台为本领域常规使用的相似模拟试验台。

根据本发明的一些实施方式，所述震动波激发装置包括冲击头、冲击底板、弹性装置和提升装置，其中所述提升装置与所述冲击头相连接，用于提升所述冲击头的位置，所述弹性装置一侧与冲击头相连接，另一侧与冲击底板相连接，用于提供冲击头所需的动能。

根据本发明的一些实施方式，所述弹性装置为金属弹簧。

根据本发明的一些实施方式，所述提升装置为挡板开关。

在本发明的一些优选实施方式中，所述震动波激发装置包括：9冲击头、10挡板开关、11弹簧、12触发线夹头、13冲击底板、14触发线和15弹簧挡板。

本发明中所述震动波接收分析装置指的是本领域中使用的能够用于探测、接收和分析震动波的装置。

根据本发明的一些实施方式，所述震动波接收分析装置包括检波探头和震动波处理器。

根据本发明的一些实施方式，所述检波探头可以用来探测和接收震动波，将所述震动波传输至震动波处理器。

根据本发明的一些实施方式，所述震动波处理器用于分析所述震动波，对震动波的波速进行处理，反演出应力分布情况。

根据本发明的一些实施方式，所述震动波处理器为计算机。

根据本发明的一些实施方式，所述震动波接收分析装置为地震CT。

根据本发明的一些实施方式，所述震动波激发装置与所述相似模拟试验台的第一侧板相连接，所述震动波接收装置与所述相似模拟试验台的第二侧板相连接，所述震动波激发装置与所述震动波接收装置通过触发线相连接。