顶板垮落监测试验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种顶板垮落监测试验系统，该系统包括：地层物理模型，地层物理模型包括根据待模拟地区的地质情况构造堆叠的至少一层地质材料；可视窗口，可视窗口设置于地层物理模型底部；下支撑框架，下支撑框架设置于可视窗口下方，用于支撑可视窗口和地层物理模型；轨道，轨道设置于下支撑框架的下部；探测器件，探测器件设置于轨道上，且能够沿轨道运动。该系统的优点在于：便于观察地层物理模型的垮落情况及垮落后形成的空间随时间和采动的变化过程。

Roof caving monitoring test system

The invention discloses a roof collapse test monitoring system, the system includes: stratigraphic strata physical model, physical model includes at least one layer of a stack of material according to the geological geological situations of standbyanalogue area; visual window, window is arranged on the bottom of the formation of physical model; support frame, the support frame is arranged on the visual at the bottom of the window, for supporting the visual window and formation physical model; track, a lower track arranged on the support frame; the detecting device, the detecting device is arranged on the track, and can move along the rail. The advantages of the system are that it is convenient to observe the collapse of the formation physical model and the spatial variation of the space formed with time and mining.

【技术实现步骤摘要】
顶板垮落监测试验系统
本专利技术涉及采矿过程模拟试验领域，更具体地，涉及一种用于监测顶板垮落后上覆岩层裂隙、位移等的顶板跨落监测试验系统。
技术介绍
在采矿过程模拟试验研究中，要充分掌握煤层顶板及采区巷道围岩的变形力学特性，通过三维模型模拟某一个或多个上覆岩层在一定时期内的变形场演化过程。目前广泛采用数码相机拍摄模型观测面在试验期间的图像序列，然后利用数字图像相关技术对这些图像进行分析来获得该观测面的位移场演化过程。现有技术中很多模型试验采用二维平面应变模拟方法，使模型的两侧表面处于自由变形状态，由于平面应力状态与绝大多数岩土工程所处的受力状况不符，因而具有很大的局限性；有的虽然采用平面应变，用透明板代替钢板来为模型观测部位提供边界约束，但由于受到透明板强度和刚度的限制其尺寸往往很小，因而只能观测到模型表面的很小一部分，不能获取模型的全场位移。而且所有的观测窗只是三维立体模型的前后左右方向，观测不到顶板垮落后上覆岩层的裂隙发展状况。因此，有必要开发一种能够全方位监测模型在采动影响下上覆岩层的垮落过程及位移变化的试验系统。公开于本专利技术
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的一般
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术提出了一种顶板垮落监测试验系统，其能够全方位监测模型采动影响上部顶板的垮落过程及裂隙区变化。根据本专利技术提出了一种顶板垮落监测试验系统，包括：地层物理模型，所述地层物理模型包括根据待模拟地区的地质情况构造堆叠的的至少一层地质材料；可视窗口，所述可视窗口设置于地层物理模型底部；下支撑框架，所述下支撑框架设置于所述可视窗口下方，用于支撑所述可视窗口和所述地层物理模型；轨道，所述轨道设置于所述下支撑框架的下部；探测器件，所述探测器件设置于所述轨道上，且能够沿所述轨道运动。优选地，还包括皮带输送设备和机械手，所述机械手清扫从所述地层物理模型垮落的地质材料，并通过所述皮带输送设备将所述地质材料送出所述顶板垮落监测试验系统。优选地，所述探测器件是照相机、摄像机、光纤镜头、激光雷达的至少其中之一。优选地，还包括设置于所述地层物理模型内部的应力传感器、位移传感器、温度传感器、流量计的至少其中之一。优选地，所述下支撑框架包括立柱和由所述立柱支撑的网格状框架。优选地，所述网格状框架包括正方形、长方形或六边形网格。优选地，所述可视窗口包括与所述网格状框架相对应的网格状窗口，所述网格状窗口包括多个窗口单元。优选地，所述窗口单元能够打开，从而允许从所述地层物理模型垮落的地质材料通过。优选地，所述轨道在所述可视窗口上的投影经过所有窗口单元。优选地，所述窗口单元包括多个子窗口单元。根据本专利技术的顶板垮落监测试验系统，其优点在于：地层物理模型底部设置有可视窗口，便于通过能够沿导轨移动的探测器件观察地层物理模型的地质材料垮落情况及地质材料垮落后形成的空间随时间和采动的变化过程。下支撑框架可采用由立柱支撑的网格状框架，可视窗口包括与网格状框架相对应的网格状窗口，网格状窗口包括多个窗口单元，而且这些窗口单元能够打开，允许从地层物理模型垮落的地质材料通过，落入下支撑框架底部，从而可以持续探测地层物理模型逐层垮落的全过程。通过探测器件与传感器的结合，能够模拟地质材料垮落过程中的空间应力场的分布，以及模型内部的温度、流量变化情况，传感器通过导线与数据采集仪和计算机连接，能够模拟隧道和巷道的围岩变形特性，避免施工中遇到突发的重大灾害。探测器件能够通过每个窗口单元，通过窗口单元探测上方的地层物理模型的图像，将通过窗口单元探测的图像进行拼接，可以得到完整的地层物理模型的层间位移和大变形情况。本专利技术的系统具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本专利技术的特定原理。附图说明通过结合附图对本专利技术示例性实施例进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本专利技术示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。图1示出了根据本专利技术的示例性实施例的顶板垮落监测试验系统的示意图。图2示出了根据本专利技术的示例性实施例的下支撑框架的示意图。图3示出了根据本专利技术的另一个示例性实施例的顶板垮落监测试验系统的示意图。附图标记说明：1、可视窗口；2、地层物理模型；3、下支撑框架；4、轨道；5、探测器件；6、子窗口单元；301、立柱；302、网格状框架。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本专利技术。虽然附图中显示了本专利技术的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本专利技术更加透彻和完整，并且能够将本专利技术的范围完整地传达给本领域的技术人员。根据示例性实施例的顶板垮落监测试验系统，包括：地层物理模型，地层物理模型包括根据待模拟地区的地质情况构造堆叠的的至少一层地质材料；可视窗口，可视窗口设置于地层物理模型底部；下支撑框架，下支撑框架设置于可视窗口下方，用于支撑可视窗口和地层物理模型；轨道，轨道设置于下支撑框架的下部；探测器件，探测器件设置于轨道上，且能够沿轨道运动。其中，该顶板垮落监测试验系统还可以包括设置于地层物理模型两侧的液压加载装置和设置于地层物理模型顶部的液压加压装置，地层物理模型包括根据待模拟地区的地质情况堆叠的至少一层地质材料，例如岩石、煤等。现有技术介绍了多种搭建地层物理模型的方法，其不是本专利技术的重点，在此不进行赘述。地层物理模型用于模拟采区巷道顶板。可视窗口设置于底层物理模型底部，便于观察地层物理模型的地质材料的垮落情况及地质材料垮落后形成的空间随时间和采动的变化过程。作为优选方案，顶板垮落监测试验系统还包括皮带输送设备和机械手，机械手清扫从地层物理模型垮落的地质材料，并通过皮带输送设备将地质材料送出所述顶板垮落监测试验系统以便于后续观测。作为优选方案，探测器件是照相机、摄像机、光纤镜头、激光雷达的至少其中之一。其中，光纤镜头通过可视窗口伸入地层物理模型顶部的裂隙中，深入地质材料内部，进行扫描、拍照或录像，能够窥视地层物理模型顶板内部的裂隙分布情况。激光雷达可以沿着轨道移动，能够探测到地层物理模型顶板的每一个部位，激光探测与测量(LightDetectionAndRanging，LIDAR)可以获取轨道上任一点与对应顶板处的距离，通过数据转换，能够绘制出顶板分层垮落后裂隙的分布的三维图像，同时，获得数字高程模型图(DigitalElevationModel，DEM)，能够确认每一层地质材料在垮落过程中，顶板裂隙的分布情况。作为优选方案，顶板垮落监测试验系统还包括设置于地层物理模型内部的应力传感器、位移传感器、温度传感器、流量计的至少其中之一。应力传感器、位移传感器、温度传感器、流量计等传感器设置于地层物理模型地层物理模型内部，可通过导线与数据采集仪和计算机连接，能够感测隧道和巷道的围岩变形特性，便于掌握施工前期施工路线中不良地质情况，避免突发重大灾害。作为优选方案，下支撑框架包括立柱和由立柱支撑的网格状框架，其中，网格状框架包括长方形、正方形或六边形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种顶板垮落监测试验系统，其特征在于，包括：地层物理模型，所述地层物理模型包括根据待模拟地区的地质情况堆叠的至少一层地质材料；可视窗口，所述可视窗口设置于所述地层物理模型底部；下支撑框架，所述下支撑框架设置于所述可视窗口下方，用于支撑所述可视窗口和所述地层物理模型；轨道，所述轨道设置于所述下支撑框架的下部；探测器件，所述探测器件设置于所述轨道上，且能够沿所述轨道运动。

【技术特征摘要】
1.一种顶板垮落监测试验系统，其特征在于，包括：地层物理模型，所述地层物理模型包括根据待模拟地区的地质情况堆叠的至少一层地质材料；可视窗口，所述可视窗口设置于所述地层物理模型底部；下支撑框架，所述下支撑框架设置于所述可视窗口下方，用于支撑所述可视窗口和所述地层物理模型；轨道，所述轨道设置于所述下支撑框架的下部；探测器件，所述探测器件设置于所述轨道上，且能够沿所述轨道运动。2.根据权利要求1所述的顶板垮落监测试验系统，其特征在于，还包括皮带输送设备和机械手，所述机械手清扫从所述地层物理模型垮落的地质材料，并通过所述皮带输送设备将所述地质材料送出所述顶板垮落监测试验系统。3.根据权利要求1所述的顶板垮落监测试验系统，其特征在于，所述探测器件是照相机、摄像机、光纤镜头、激光雷达的至少其中之一。4.根据权利要求1所述的顶板垮落监测试验系统，其特征在于，还包括设...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋俊生，
申请(专利权)人：宋俊生，
类型：发明
国别省市：北京,11