一种覆岩变形破坏特征监测实验装置的制作方法

1.本发明涉及采矿工程技术领域，具体而言，涉及一种覆岩变形破坏特征监测实验装置。


背景技术：

2.大倾角煤层约占煤炭探明储量的10％～20％左右和产量的5％～8％，受特殊成煤环境控制，其中50％以上为优质焦煤和无烟煤，是保护性开采的稀缺煤种。大倾角煤层开采过程中设备稳定性差、围岩变形破坏特征与一般煤层具有明显的差异性，属于复杂难采煤层。因此，有必要研究大倾角综采工作面采场围岩应力演化规律及覆岩运动特征，从而为大倾角回采矿井安全、高效、科学开采提供技术性参考与指导，进一步丰富大倾角煤层综采开采理论与技术。目前，主要采用理论分析、数值模拟和相似模拟等方法研究大倾角综采工作面覆岩变形破坏特征；相似模拟方法被广泛应用于覆岩变形破坏特征研究。然而采用传统的位移点监测方法，工作量大，测量精度低。


技术实现要素：

3.为了弥补以上不足，本发明提供了一种覆岩变形破坏特征监测实验装置，旨在改善目前，主要采用理论分析、数值模拟和相似模拟等方法研究大倾角综采工作面覆岩变形破坏特征；相似模拟方法被广泛应用于覆岩变形破坏特征研究。然而采用传统的位移点监测方法，工作量大，测量精度低等问题。
4.本发明实施例提供了一种覆岩变形破坏特征监测实验装置，包括相似模拟试验台，所述相似模拟试验台上设有若干岩层，若干所述岩层内设有若干压力盒，若干所述压力盒通过若干第一导线连接有第一计算机与电阻应变仪，所述相似模拟试验台一侧设有高清相机，所述高清相机通过若干第二导线连接有第二计算机，所述高清相机通过支架进行支撑。
5.在上述实现过程中，压力盒、电阻应变仪和第一计算机构成了压力监测系统，高清相机和第二计算机构成了变形监测系统，通过相似模拟试验台、压力监测系统、变形监测系统的设置，设备安设合理，功能规划完善；相似模拟试验台可以实现大倾角工作面开采相似模拟实验；压力监测系统可以实现对整个开采过程中岩层内部压力的变化监测；变形监测系统可以实现对整个开采过程中岩层表面散斑点的位置变化，并同时记录不同时刻岩层表面散斑点的位置；整体装置操作过程简单，平台搭设小巧方便，通过支架的设置，可将高清相机进行支撑，支架便于收纳使用。
6.在一种具体的实施方案中，若干所述压力盒、所述电阻应变仪和所述第一计算机构成了压力监测系统。
7.在上述实现过程中，压力监测系统可以实现对整个开采过程中岩层内部压力的变化监测。
8.在一种具体的实施方案中，所述高清相机和所述第二计算机构成了变形监测系
统，所述高清相机镜头与所述相似模拟试验台位于同一高度。
9.在上述实现过程中，变形监测系统可以实现对整个开采过程中岩层表面散斑点的位置变化，并同时记录不同时刻岩层表面散斑点的位置。
10.在一种具体的实施方案中，所述支架包括放置板，所述放置板上设有夹持机构，所述夹持机构与所述高清相机接触连接，所述放置板下端通过连接件连接有若干支脚，若干所述连接件包括第一连接块和第二连接块，所述第一连接块焊接在所述放置板下端，所述第二连接块焊接在所述支脚一端，所述第一连接块内开设有卡合槽，所述第二连接块通过销杆连接在所述卡合槽内，所述放置板下端焊接有限位杆，所述限位杆上套接有调节环，若干所述支脚上焊接有连接环，所述调节环与所述连接环之间设有连接杆，所述连接环一侧均焊接有第三连接块，所述调节环外侧焊接有若干第四连接块，所述第三连接块与所述第四连接块内均开设有第二凹槽，所述连接杆两端焊接有第五连接块，所述第五连接块通过销杆连接在所述第二凹槽内。
11.在上述实现过程中，在将支架打开时，拉动若干支脚，调节环在限位杆上移动，通过连接杆的设置，支脚与调节环连接，可增加若干支脚的支撑效果，通过放置板的设置，便于将高清相机放置。
12.在一种具体的实施方案中，所述限位杆下端焊接有限位板，若干所述支脚下端设有防滑套。
13.在上述实现过程中，通过限位板的设置，可将调节环进行限位，通过防滑套的设置，可增加支脚的防滑效果。
14.在一种具体的实施方案中，所述夹持机构包括有双向螺纹杆，所述放置板上开设有移动槽，所述双向螺纹杆转动连接在所述移动槽内，所述双向螺纹杆两端均螺纹连接有螺纹块，所述螺纹块上焊接有夹持板。
15.在上述实现过程中，通过双向螺纹杆的设置，便于带动两螺纹块相对移动，便于带动夹持将高清相机夹持固定。
16.在一种具体的实施方案中，所述夹持板一侧设有橡胶垫，所述双向螺纹杆一侧焊接有转柄。
17.在上述实现过程中，通过橡胶垫的设置，可增加夹持的摩擦力，增加夹持效果，通过转柄的设置，便于转动双向螺纹杆。
18.一种覆岩变形破坏特征监测实验装置，包括以下方法步骤：
19.s1：根据大倾角工作面覆岩地质条件，按一定相似比在相似模拟试验台制作相似模拟模型，将压力盒布设在目标覆岩岩层中，待晾干后开展试验；
20.s2：结合图所示的设备安设位置，首先将高清相机和第二计算机放置在对应位置并通过第二导线进行连接；将压力盒、电阻应变仪和第一计算机放置在对应位置并通过第一导线进行连接；
21.s3：安装完毕本发明后，在相似模拟试验岩层表面布置散斑点，确保表面散斑点随机分布且面积占整个平面的50％左右；
22.s4：对高清相机进行调焦处理，确保相似模拟试验台整体位于视野中部，能够获取足够的表面位移数据；
23.s5：开始对大倾角煤层进行开采试验，同步启动压力监测系统和变形监测系统，并
同步对数据进行记录；
24.s6：待大倾角煤层开采结束，同步关闭压力监测系统和变形监测系统，同时进行数据存储。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果：压力盒、电阻应变仪和第一计算机构成了压力监测系统，高清相机和第二计算机构成了变形监测系统，通过相似模拟试验台、压力监测系统、变形监测系统的设置，设备安设合理，功能规划完善；相似模拟试验台可以实现大倾角工作面开采相似模拟实验；压力监测系统可以实现对整个开采过程中岩层内部压力的变化监测；变形监测系统可以实现对整个开采过程中岩层表面散斑点的位置变化，并同时记录不同时刻岩层表面散斑点的位置；整体装置操作过程简单，平台搭设小巧方便，通过支架的设置，可将高清相机进行支撑，支架便于收纳使用。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
27.图1是本发明实施方式提供的覆岩变形破坏特征监测实验装置结构示意图；
28.图2为本发明实施方式提供的支架结构示意图；
29.图3为本发明实施方式提供的支架剖视结构示意图；
30.图4为本发明实施方式提供的图3中a处放大图；
31.图5为本发明实施方式提供的图3中b处放大图。
32.图中：10-相似模拟试验台；110-岩层；120-压力盒；130-第一导线；140-第一计算机；150-电阻应变仪；20-高清相机；210-第二导线；220-第二计算机；230-支架；231-放置板；232-夹持机构；2321-双向螺纹杆；2322-移动槽；2323-螺纹块；2324-夹持板；2325-橡胶垫；2326-转柄；233-连接件；2331-第一连接块；2332-第二连接块；2333-卡合槽；234-支脚；235-限位杆；236-调节环；237-连接环；238-连接杆；239-第三连接块；2310-第四连接块；2311-第二凹槽；2312-第五连接块；2313-限位板；2314-防滑套。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。
34.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
35.压力盒120、电阻应变仪150和第一计算机140构成了压力监测系统，高清相机20和第二计算机220构成了变形监测系统，通过相似模拟试验台10、压力监测系统、变形监测系统的设置，设备安设合理，功能规划完善，解决了目前，主要采用理论分析、数值模拟和相似模拟等方法研究大倾角综采工作面覆岩变形破坏特征；相似模拟方法被广泛应用于覆岩变
形破坏特征研究。然而采用传统的位移点监测方法，工作量大，测量精度低等问题。
36.请参阅图1至图5，本发明提供一种覆岩变形破坏特征监测实验装置，包括相似模拟试验台10，相似模拟试验台10上设有若干岩层110，若干岩层110内设有若干压力盒120，若干压力盒120通过若干第一导线130连接有第一计算机140与电阻应变仪150，相似模拟试验台10一侧设有高清相机20，高清相机20通过若干第二导线210连接有第二计算机220，高清相机20通过支架230进行支撑，若干压力盒120、电阻应变仪150和第一计算机140构成了压力监测系统，压力监测系统可以实现对整个开采过程中岩层110内部压力的变化监测，高清相机20和第二计算机220构成了变形监测系统，高清相机20镜头与相似模拟试验台10位于同一高度，变形监测系统可以实现对整个开采过程中岩层110表面散斑点的位置变化，并同时记录不同时刻岩层110表面散斑点的位置。
37.需要说明的是，支架230包括放置板231，放置板231上设有夹持机构232，夹持机构232与高清相机20接触连接，放置板231下端通过连接件233连接有若干支脚234，若干连接件233包括第一连接块2331和第二连接块2332，第一连接块2331焊接在放置板231下端，第二连接块2332焊接在支脚234一端，第一连接块2331内开设有卡合槽2333，第二连接块2332通过销杆连接在卡合槽2333内，放置板231下端焊接有限位杆235，限位杆235上套接有调节环236，若干支脚234上焊接有连接环237，调节环236与连接环237之间设有连接杆238，连接环237一侧均焊接有第三连接块239，调节环236外侧焊接有若干第四连接块2310，第三连接块239与第四连接块2310内均开设有第二凹槽2311，连接杆238两端焊接有第五连接块2312，第五连接块2312通过销杆连接在第二凹槽2311内，在将支架230打开时，拉动若干支脚234，调节环236在限位杆235上移动，通过连接杆238的设置，支脚234与调节环236连接，可增加若干支脚234的支撑效果，通过放置板231的设置，便于将高清相机20放置，限位杆235下端焊接有限位板2313，若干支脚234下端设有防滑套2314，通过限位板2313的设置，可将调节环236进行限位，通过防滑套2314的设置，可增加支脚234的防滑效果。
38.在一些具体的实施方案中，夹持机构232包括有双向螺纹杆2321，放置板231上开设有移动槽2322，双向螺纹杆2321转动连接在移动槽2322内，双向螺纹杆2321两端均螺纹连接有螺纹块2323，螺纹块2323上焊接有夹持板2324，通过双向螺纹杆2321的设置，便于带动两螺纹块2323相对移动，便于带动夹持将高清相机20夹持固定，夹持板2324一侧设有橡胶垫2325，双向螺纹杆2321一侧焊接有转柄2326，通过橡胶垫2325的设置，可增加夹持的摩擦力，增加夹持效果，通过转柄2326的设置，便于转动双向螺纹杆2321。
39.一种覆岩变形破坏特征监测实验装置，包括以下方法步骤：
40.s1：根据大倾角工作面覆岩地质条件，按一定相似比在相似模拟试验台10制作相似模拟模型，将压力盒120布设在目标覆岩岩层110中，待晾干后开展试验；
41.s2：结合图所示的设备安设位置，首先将高清相机20和第二计算机220放置在对应位置并通过第二导线210进行连接；将压力盒120、电阻应变仪150和第一计算机140放置在对应位置并通过第一导线130进行连接；
42.s3：安装完毕本发明后，在相似模拟试验岩层110表面布置散斑点，确保表面散斑点随机分布且面积占整个平面的50％左右；
43.s4：对高清相机20进行调焦处理，确保相似模拟试验台10整体位于视野中部，能够获取足够的表面位移数据；
44.s5：开始对大倾角煤层进行开采试验，同步启动压力监测系统和变形监测系统，并同步对数据进行记录；
45.s6：待大倾角煤层开采结束，同步关闭压力监测系统和变形监测系统，同时进行数据存储。
46.该覆岩变形破坏特征监测实验装置的工作原理：打开支脚234，通过连接杆238的设置，便于将支脚234与调节环236连接，可对支脚234进行限位固定，便于支架230进行收纳，节省放置空间，在将高清相机20固定时，转动转柄2326，通过双向螺纹杆2321和螺纹块2323的设置，便于带动夹持板2324对高清相机20进行夹持固定，高清相机20镜头与相似模拟试验台10位于同一高度，高清相机20和第二计算机220构成了变形监测系统，若干压力盒120、电阻应变仪150和第一计算机140构成了压力监测系统，相似模拟试验台10可以实现大倾角工作面开采相似模拟实验；压力监测系统可以实现对整个开采过程中岩层110内部压力的变化监测；变形监测系统可以实现对整个开采过程中岩层110表面散斑点的位置变化，并同时记录不同时刻岩层110表面散斑点的位置。
47.需要说明的是，压力盒120、电阻应变仪150、第一计算机140具体、高清相机20和第二计算机220的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。
48.以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
49.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种覆岩变形破坏特征监测实验装置，包括相似模拟试验台(10)，其特征在于：所述相似模拟试验台(10)上设有若干岩层(110)，若干所述岩层(110)内设有若干压力盒(120)，若干所述压力盒(120)通过若干第一导线(130)连接有第一计算机(140)与电阻应变仪(150)，所述相似模拟试验台(10)一侧设有高清相机(20)，所述高清相机(20)通过若干第二导线(210)连接有第二计算机(220)，所述高清相机(20)通过支架(230)进行支撑。2.根据权利要求1所述的一种覆岩变形破坏特征监测实验装置，其特征在于，若干所述压力盒(120)、所述电阻应变仪(150)和所述第一计算机(140)构成了压力监测系统。3.根据权利要求1所述的一种覆岩变形破坏特征监测实验装置，其特征在于，所述高清相机(20)和所述第二计算机(220)构成了变形监测系统，所述高清相机(20)镜头与所述相似模拟试验台(10)位于同一高度。4.根据权利要求1所述的一种覆岩变形破坏特征监测实验装置，其特征在于，所述支架(230)包括放置板(231)，所述放置板(231)上设有夹持机构(232)，所述夹持机构(232)与所述高清相机(20)接触连接，所述放置板(231)下端通过连接件(233)连接有若干支脚(234)。5.根据权利要求4所述的一种覆岩变形破坏特征监测实验装置，其特征在于，若干所述连接件(233)包括第一连接块(2331)和第二连接块(2332)，所述第一连接块(2331)焊接在所述放置板(231)下端，所述第二连接块(2332)焊接在所述支脚(234)一端，所述第一连接块(2331)内开设有卡合槽(2333)，所述第二连接块(2332)通过销杆连接在所述卡合槽(2333)内。6.根据权利要求4所述的一种覆岩变形破坏特征监测实验装置，其特征在于，所述放置板(231)下端焊接有限位杆(235)，所述限位杆(235)上套接有调节环(236)，若干所述支脚(234)上焊接有连接环(237)，所述调节环(236)与所述连接环(237)之间设有连接杆(238)，所述连接环(237)一侧均焊接有第三连接块(239)，所述调节环(236)外侧焊接有若干第四连接块(2310)，所述第三连接块(239)与所述第四连接块(2310)内均开设有第二凹槽(2311)，所述连接杆(238)两端焊接有第五连接块(2312)，所述第五连接块(2312)通过销杆连接在所述第二凹槽(2311)内。7.根据权利要求6所述的一种覆岩变形破坏特征监测实验装置，其特征在于，所述限位杆(235)下端焊接有限位板(2313)，若干所述支脚(234)下端设有防滑套(2314)。8.根据权利要求4所述的一种覆岩变形破坏特征监测实验装置，其特征在于，所述夹持机构(232)包括有双向螺纹杆(2321)，所述放置板(231)上开设有移动槽(2322)，所述双向螺纹杆(2321)转动连接在所述移动槽(2322)内，所述双向螺纹杆(2321)两端均螺纹连接有螺纹块(2323)，所述螺纹块(2323)上焊接有夹持板(2324)。9.根据权利要求8所述的一种覆岩变形破坏特征监测实验装置，其特征在于，所述夹持板(2324)一侧设有橡胶垫(2325)，所述双向螺纹杆(2321)一侧焊接有转柄(2326)。10.一种覆岩变形破坏特征监测实验装置，其特征在于，包括以下方法步骤：s1：根据大倾角工作面覆岩地质条件，按一定相似比在相似模拟试验台(10)制作相似模拟模型，将压力盒(120)布设在目标覆岩岩层(110)中，待晾干后开展试验；s2：结合图所示的设备安设位置，首先将高清相机(20)和第二计算机(220)放置在对应位置并通过第二导线(210)进行连接；将压力盒(120)、电阻应变仪(150)和第一计算机(140)放置在对应位置并通过第一导线(130)进行连接；
s3：安装完毕本发明后，在相似模拟试验岩层(110)表面布置散斑点，确保表面散斑点随机分布且面积占整个平面的50％左右；s4：对高清相机(20)进行调焦处理，确保相似模拟试验台(10)整体位于视野中部，能够获取足够的表面位移数据；s5：开始对大倾角煤层进行开采试验，同步启动压力监测系统和变形监测系统，并同步对数据进行记录；s6：待大倾角煤层开采结束，同步关闭压力监测系统和变形监测系统，同时进行数据存储。

技术总结
本发明提供了一种覆岩变形破坏特征监测实验装置，包括相似模拟试验台，所述相似模拟试验台上设有若干岩层，若干所述岩层内设有若干压力盒，若干所述压力盒连接有第一计算机与电阻应变仪，所述高清相机连接有第二计算机，所述高清相机通过支架进行支撑，本发明的压力盒、电阻应变仪和第一计算机构成了压力监测系统，高清相机和第二计算机构成了变形监测系统，相似模拟试验台可以实现大倾角工作面开采相似模拟实验；压力监测系统可以实现对整个开采过程中岩层内部压力的变化监测；变形监测系统可以实现对整个开采过程中岩层表面散斑点的位置变化，并同时记录不同时刻岩层表面散斑点的位置。点的位置。点的位置。


技术研发人员：王目军 刘斌 华心祝 陈登红 魏林 付冠春 李康 冯国海 营龙
受保护的技术使用者：淮北矿业股份有限公司
技术研发日：2023.04.01
技术公布日：2023/7/28