[发明专利]基于岩块回转的动态覆岩运动模拟装置及方法

说明书

本发明公开一种基于岩块回转的动态覆岩运动模拟装置及方法，属于采矿工程相似模拟试验技术领域，其装置中包括可视化框架系统、岩块回转模拟系统、岩土体接触面模拟系统、松散层相似模拟系统和实时监测系统，能够模拟不同松散层厚度、松散层力学性质、岩土体接触面粗糙度、覆岩台阶下沉高度、覆岩回转角度等条件下动态地裂缝的孕育及自修复规律，从而真实反应针对采煤沉陷区动态地裂缝自修复的影响因素和驱动机制，提高模拟结果的准确性和可靠性。

技术领域

本发明涉及采矿工程相似模拟试验技术领域，特别涉及一种基于岩块回转的动态覆岩运动模拟装置及方法。

背景技术

当前，模拟煤炭开采引起松散层破坏及地表裂隙演化规律的装置中，通过地表移动变形模拟试验平台的平移、沉降或抬升驱动下，使试验用松散土体发生移动变形和裂缝。

以上方案中，在模拟煤炭开采引起松散层破坏及地表裂隙演化规律的装置中，只能通过平台单纯的平移、沉降或抬升驱动地表松散土体发生破坏，并不能够真实模拟工作面覆岩关键层的旋转下沉、回转运动规律，如此也不能真实反映地表裂缝真实的变化规律。

发明内容

本发明旨在提供一种基于岩块回转的动态覆岩运动模拟装置及方法，以解决现有技术中的模拟煤炭开采引起松散层破坏及地表裂隙演化规律的装置中，无法真实反应针对采煤沉陷区动态地裂缝自修复的影响因素和驱动机制，导致模拟结果准确性低的技术问题。

针对上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

本发明的实施例提供一种基于岩块回转的动态覆岩运动模拟装置，包括：

可视化框架系统，包括相似模拟试验平台和设置于所述相似模拟试验平台周侧的模型箱体，所述模型箱体配置有透明板；

岩块回转模拟系统，设置于所述相似模拟试验平台上，所述岩块回转模拟系统包括多个岩块单元，以及连接于相似模拟试验平台底部和每一所述岩块单元间的施力单元；

岩土体接触面模拟系统，设置在所述岩块单元上；

松散层相似模拟系统，设置在所述岩土体接触面模拟系统上并与所述岩土体接触面模拟系统接触；

实时监测系统，对所述松散层相似模拟系统、岩土体接触面模拟系统和所述相似模拟试验平台进行监测；所述施力单元启动后向所述岩块单元施加不同方向的压力，在所述压力的作用下相邻所述岩块单元之间旋转错动，模拟现场煤炭开采上覆破断岩块场景；所述实时监测系统实时获取监测结果，根据监测结果得到松散层内部应力分析结果、覆岩回转运动前后的不同结果状态和位移路径的分析结果和表面裂缝宽度、深度和张开闭合规律的分析结果。

在一些实施例中，所述的基于岩块回转的动态覆岩运动模拟装置：

所述实时监测系统包括预埋在所述松散层相似模拟系统中的应力传感器，安装在所述相似模拟试验平台上方的三维激光扫描仪，以及设置在所述相似模拟试验平台正前方的摄像仪；所述实时监测系统实时采集所述应力传感器、所述三维激光扫描仪和所述摄像仪的检测数据，根据所述应力传感器的检测数据得到回采过程中松散层内部应力分析结果，根据所述摄像仪的检测数据得到松散层在覆岩回转运动前后的不同结果状态和位移路径的分析结果，根据所述三维激光扫描仪的检测结果得到表面裂缝宽度、深度和张开闭合规律的分析结果。

在一些实施例中，所述的基于岩块回转的动态覆岩运动模拟装置，所述施力单元包括伸缩部件：

所述伸缩部件包括上旋转轴、伸缩杆、下旋转轴、伺服电机和支座；所述上旋转轴固定在所述岩块单元上与所述岩块单元铰接；所述伸缩杆的两端分别与所述上旋转轴和伺服电机上部连接，伺服电机下部与所述下旋转轴连接；所述下旋转轴铰接地安装在所述支座上，所述支座安装在相似模拟试验平台底部。

在一些实施例中，所述的基于岩块回转的动态覆岩运动模拟装置：