平面移动变形测量系统及其在二维相似模拟实验中的应用技术方案

本发明专利技术公开了一种平面移动变形测量系统及其在二维相似模拟实验中的应用，属于采矿工程中相似模拟实验技术领域。其主要结构包括用于盛放相似模拟材料的二维模拟实验台及岩层移动变形测量系统，岩层移动变形测量系统包括框架体、竖向滑轨、测量头、无线数据采集仪及计算机处理系统，通过对岩层移动变形测量系统的具体部件进行结构及位置的限定，在实验过程中，可以适时、真实准确、全方位的观测二维相似材料模型不同位置处的移动变形值，测量的数据实时传输给采集仪，经计算机数据处理系统处理完毕后，实时将岩层移动变形值显示在电脑屏幕上。本发明专利技术测量系统中，测量头的对准，数据的测量、传输和处理均自动同步进行，避免了人为误差。

Plane moving deformation measurement system and its application in two-dimensional similar simulation experiment

【技术实现步骤摘要】
平面移动变形测量系统及其在二维相似模拟实验中的应用
本专利技术涉及采矿工程中相似模拟实验
，具体涉及一种用于二维相似模拟实验的平面移动变形测量系统及其测量方法。
技术介绍
岩层移动变形规律是采矿工程的重要研究内容，但因其研究对象具有隐蔽性，给研究带来了诸多不便。相似模拟实验是在实验室内按相似原理制作与原模型相似的物理模型，在模型回采的同时通过测量岩层的位移、应力等指标，研究岩层的移动变形和应力分布规律。相似材料模拟实验可将回采过程中的岩层移动直观的呈现出来，为科研工作者研究岩层移动变形规律提供了便利，已成为矿业工程、岩土工程等学科的重要研究手段。岩层移动包括水平移动和垂直移动，以往二维相似模拟实验岩层移动主要采用全站仪、拉线位移传感器和人工测量三种方式。上述三种测量方式均存在不足：(1)全站仪测量为人工操作、费时、自动化程度低、具有人为误差；(2)拉线位移传感器测量方法是通过埋设于模型中的坚硬金属片带动连接线进而牵引拉线位移传感器读取器，实现对岩层沉降值的测量，该种方法仅能测量地表竖直方向的移动值，并且会对相似材料模型施加外力，会影响测量结果的准确性；(3)人工测量误差大。综上所述，现有技术目前还没有一种自动化程度高、精度高、非接触式的用于二维相似模拟实验的平面移动变形测量系统。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种平面移动变形测量系统，其具有自动化程度高、精度高、非接触式的测量优势。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种用于二维相似模拟实验的平面移动变形测量系统，其包括岩层移动变形测量系统及用于盛放相似模拟材料的二维模拟实验台，所述的相似模拟材料逐层铺设在所述的二维模拟实验台内，并在竖直方向上形成若干分层，在各分层相似模拟材料之间撒有云母粉；所述的岩层移动变形测量系统包括框架体、竖向滑轨、测量头、无线数据采集仪及计算机处理系统，所述的框架体是由左框体、上框体、右框体及下框体依次连接而成的方形结构，在所述的框架体的四个角上均安装有支座；所述的竖向滑轨为方形杆件，其与所述的框架体之间通过滑槽滑动连接；所述框架体通过螺栓与所述的二维模拟实验台的左立柱、右立柱固定连接；所述左框体的右表面与所述二维模拟实验台的左立柱的内表面位于同一竖直平面内，所述下框体的上表面与所述二维模拟实验台的底座的上表面位于同一水平面内；所述的测量头与所述的竖向滑轨之间通过滑套连接，所述的测量头包括竖直方向测距仪、水平方向测距仪、滑套、对准装置及无线发射器；所述水平方向测距仪垂直于所述的左框体，所述竖直方向测距仪垂直于所述的下框体；所述对准装置沿水平方向布置，并垂直于所述框架体所在的竖直平面；所述水平方向测距仪、竖直方向测距仪和对准装置的轴线在空间交于一点；所述测量头测得的数据通过所述的无线发射器传输给所述的无线数据采集仪；所述无线数据采集仪的输出端通过USB接口与所述计算机数据处理系统连接。作为本专利技术的一个优选方案，上述的二维模拟实验台整体呈一无上盖的长方体结构，其包括底座、左立柱、右立柱、活动挡板、反力架及千斤顶，上述的左立柱、右立柱固定连接在上述的底座上，上述的左、右立柱均为顶角朝里的U型钢，上述U型钢的两外侧面上均匀开设有若干螺孔，上述的反力架连接在上述的左、右立柱的顶部；上述的千斤顶设置有若干个，其并列设置在上述的反力架的下方，上述的活动挡板设置有若干块，其两端分别可拆卸连接在上述的左、右立柱上。作为本专利技术的另一个优选方案，每块活动挡板的两端均设置有通透孔，通过上述通透孔与螺栓配合将上述的活动挡板活动连接在左、右立柱上。进一步的，上述计算机数据处理系统包括：输入子系统，根据具体的实验布置人工输入各个测点的编号；管理子系统，对测量数据自动存储，并可以历史查询以及数据共享；分析子系统，对测量数据进行分析和计算；输出子系统，在线动态显示测量数据，生成综合报表和移动变形曲线，并具有打印功能。进一步的，在上述的上框体和下框体内设置上述滑槽，上述的竖向滑轨在上述滑槽内可左右滑动；进一步的，上述的滑套整体结构呈方形。上述测量系统中，用于二维相似模拟实验的岩层移动变形测量系统布设于二维相似材料模型外侧，实验过程中，可以适时、真实准确、全方位的观测二维相似模型不同位置处的移动变形值，测量的数据实时传输给无线数据采集仪，经计算机数据处理系统处理完毕后，实时将岩层移动变形值显示在电脑屏幕上；用于二维相似模拟实验的平面移动变形测量系统，在实验过程中与测量对象(二维相似材料模型)不接触，不会对测量对象(二维相似材料模型)施加任何的外力，因而进一步保证了观测结果的准确性；用于二维相似模拟实验的平面移动变形测量系统，测量头的对准，数据的测量、传输和处理均自动同步进行，完全避免了人为因素的干扰，避免了人为误差。本专利技术的另一目的在于提供一种用于二维相似模拟实验的平面移动变形测量方法，包括以下步骤：S1、自下而上，逐层安装活动挡板，并进行相似模拟材料的铺设，直至相似模拟材料全部铺设完毕；S2、待相似模拟材料固化至其性能指标达到回采要求后，将活动挡板全部拆除；S3、根据实验目的布置测线和测点；S4、将岩层移动变形测量系统通过螺栓安装于所述二维模拟实验台上，并将设备调至工作状态，并对测点进行全面测量，作为初始值；S5、对相似模拟材料进行回采，对回采过程中对各测点的位移情况进行测量和数据采集，直至实验回采完毕，通过计算机数据处理系统导出所需要的实验数据和图像。上述技术方案直接带来的技术效果是，操作步骤简单、控制简便，实验结果真实、准确，且直观。与现有技术相比，本专利技术带来了以下有益技术效果：(1)结构简单、合理，实验结果真实准确、系统误差小；(2)测量头的对准，数据的测量、传输和处理均自动同步进行，系统自动化程度高，可实现自动测量及数据分析，完全避免了人为因素的干扰。附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步说明：图1为本专利技术测量系统的结构示意图；图2为本专利技术二维模拟实验台结构示意图；图3为本专利技术岩层移动变形测量系统示意图；图4为本专利技术框架体结构示意图；图5为本专利技术竖向滑杆结构示意图；图6为本专利技术测量头结构示意图。图中：1、二维模拟实验台，11、底座，12、立柱，13、反力架，14、活动挡板，15、液压千斤顶，2、岩层移动变形测量系统，21、框架体，22、竖向滑轨，23、测量头，24、无线数据采集仪，25、计算机数据处理系统，211、左框体，212、上框体，213、右框体，214、下框体，215、滑槽，216、支座，231、无线发射器，232、竖直方向测距仪，233、水平方向测距仪，234、滑套，235、对准装置。具体实施方式本专利技术提出了一种平面移动变形测量系统及其在二维相似模拟实验中的应用，为了使本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于二维相似模拟实验的平面移动变形测量系统，其包括岩层移动变形测量系统及用于盛放相似模拟材料的二维模拟实验台，其特征在于：/n所述的相似模拟材料逐层铺设在所述的二维模拟实验台内，并在竖直方向上形成若干分层，在各分层相似模拟材料之间撒有云母粉；/n所述的岩层移动变形测量系统包括框架体、竖向滑轨、测量头、无线数据采集仪及计算机处理系统，所述的框架体是由左框体、上框体、右框体及下框体依次连接而成的方形结构，在所述的框架体的四个角上均安装有支座；/n所述的竖向滑轨为方形杆件，其与所述的框架体之间通过滑槽滑动连接；/n所述框架体通过螺栓与所述的二维模拟实验台的左立柱、右立柱固定连接；/n所述左框体的右表面与所述二维模拟实验台的左立柱的内表面位于同一竖直平面内，所述下框体的上表面与所述二维模拟实验台的底座的上表面位于同一水平面内；/n所述的测量头与所述的竖向滑轨之间通过滑套连接，所述的测量头包括竖直方向测距仪、水平方向测距仪、滑套、对准装置及无线发射器；所述水平方向测距仪垂直于所述的左框体，所述竖直方向测距仪垂直于所述的下框体；所述对准装置沿水平方向布置，并垂直于所述框架体所在的竖直平面；所述水平方向测距仪、竖直方向测距仪和对准装置的轴线在空间交于一点；/n所述测量头测得的数据通过所述的无线发射器传输给所述的无线数据采集仪；/n所述无线数据采集仪的输出端通过USB接口与所述计算机数据处理系统连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于二维相似模拟实验的平面移动变形测量系统，其包括岩层移动变形测量系统及用于盛放相似模拟材料的二维模拟实验台，其特征在于：
所述的相似模拟材料逐层铺设在所述的二维模拟实验台内，并在竖直方向上形成若干分层，在各分层相似模拟材料之间撒有云母粉；
所述的岩层移动变形测量系统包括框架体、竖向滑轨、测量头、无线数据采集仪及计算机处理系统，所述的框架体是由左框体、上框体、右框体及下框体依次连接而成的方形结构，在所述的框架体的四个角上均安装有支座；
所述的竖向滑轨为方形杆件，其与所述的框架体之间通过滑槽滑动连接；
所述框架体通过螺栓与所述的二维模拟实验台的左立柱、右立柱固定连接；
所述左框体的右表面与所述二维模拟实验台的左立柱的内表面位于同一竖直平面内，所述下框体的上表面与所述二维模拟实验台的底座的上表面位于同一水平面内；
所述的测量头与所述的竖向滑轨之间通过滑套连接，所述的测量头包括竖直方向测距仪、水平方向测距仪、滑套、对准装置及无线发射器；所述水平方向测距仪垂直于所述的左框体，所述竖直方向测距仪垂直于所述的下框体；所述对准装置沿水平方向布置，并垂直于所述框架体所在的竖直平面；所述水平方向测距仪、竖直方向测距仪和对准装置的轴线在空间交于一点；
所述测量头测得的数据通过所述的无线发射器传输给所述的无线数据采集仪；
所述无线数据采集仪的输出端通过USB接口与所述计算机数据处理系统连接。


2.根据权利要求1所述的一种用于二维相似模拟实验的平面移动变形测量系统，其特征在于：所述的二维模拟实验台整体呈一无上盖的长方体结构，其包括底座、左立柱、右立柱、活动挡板、反力架及千斤顶，所述的左立柱、右立柱固定连接在所述的底座上，所述的左、右立柱均为顶角朝里的U型钢，所述U型钢的两外侧面上均匀开设有若干螺孔，所述的反力架连接在所述的左、右立柱的顶部；所述的千斤顶设置有若干个，其并列设置在所述的反力架的下方，所述的活...

【专利技术属性】
技术研发人员：江宁，陈绍杰，赵金海，尹大伟，马俊彪，潘海洋，常西坤，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37