一種適用于近距煤層保水采煤固液耦合相似模擬試驗(yàn)裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于近距煤層保水采煤固液耦合相似模擬試驗(yàn)裝置，外殼的底部鋪設(shè)有隔水層，隔水層內(nèi)安裝有濕度傳感器；隔水層的上端鋪設(shè)有含水層，含水層的上端安裝有隔板，隔板的上端鋪設(shè)有下煤層，下煤層的上端安裝有加壓裝置，加壓裝置上安裝有壓力傳感器；加壓裝置的上端安裝有工作面風(fēng)道，工作面風(fēng)道的上端安裝有水平井，水平井的上端安裝有上煤層，上煤層內(nèi)安裝有位移傳感器，上煤層的上端鋪設(shè)有巖石層；外殼的外部安裝有控制器，控制器上安裝有顯示器，位移傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器的信號輸出端分別與控制器相連接。能夠有效的模擬近距煤層開采前含水層中水與巖層共存狀態(tài)，為保水開采提供較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
【專利說明】
一種適用于近距煤層保水采煤固液耦合相似模擬試驗(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于試驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于近距煤層保水采煤固液耦合相似模擬試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭的大規(guī)模開采會(huì)造成含水層破壞，地表水和地下水資源的極大浪費(fèi)，同時(shí)水害給煤炭資源的開發(fā)利用造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。由于實(shí)際地下現(xiàn)場采場上巖層變化的復(fù)雜性和不可預(yù)見性，利用模擬試驗(yàn)臺進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，是研究近距煤層保水采煤覆巖破壞移動(dòng)規(guī)律的有效途徑。
[0003]利用模擬試驗(yàn)裝置進(jìn)行復(fù)雜煤層開采的研究，早就有相關(guān)的裝置，特別是研究保水采煤的物理相似模擬試驗(yàn)中，仍然集中于二維、單相或固液方面的物理相似模擬，并且僅采用水管噴淋或用水袋來模擬含水層;這樣的方式難以模擬含水層中水與巖體所形成的結(jié)構(gòu)在受采動(dòng)影響下的整體變化，也無法準(zhǔn)確模擬由于煤層開挖覆巖導(dǎo)水裂隙發(fā)育引起的含水層水位變化情況。
[0004]為此，發(fā)明一種新的模擬裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)無法為近距煤層保水采煤提供較準(zhǔn)確信息的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種適用于近距煤層保水采煤固液耦合相似模擬試驗(yàn)裝置，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)無法為近距煤層保水采煤提供較準(zhǔn)確信息的缺陷的問題。
[0006]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，該適用于近距煤層保水采煤固液耦合相似模擬試驗(yàn)裝置包括外殼，外殼的底部鋪設(shè)有隔水層，隔水層內(nèi)安裝有濕度傳感器;隔水層的上端鋪設(shè)有含水層，含水層的上端安裝有隔板，隔板的上端鋪設(shè)有下煤層，下煤層的上端安裝有加壓裝置，加壓裝置上安裝有壓力傳感器;加壓裝置的上端安裝有工作面風(fēng)道，工作面風(fēng)道的上端安裝有水平井，水平井的上端安裝有上煤層，上煤層內(nèi)安裝有位移傳感器，上煤層的上端鋪設(shè)有巖石層;外殼的外部安裝有控制器，控制器上安裝有顯示器，位移傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器的信號輸出端分別與控制器相連接，控制器的信號輸出端與顯示器相連接。
[0007]本發(fā)明還采取如下技術(shù)措施:
[0008]所述的下煤層包括有至少三排分別朝向兩側(cè)的相似煤柱延伸的模擬開采管組；
[0009]三排模擬開采管組層疊組合在一起；
[0010]每排模擬開采管組由多條模擬開采管組成，并且相鄰兩排模擬開采管組中的模擬開采管交錯(cuò)設(shè)置。
[0011]所述的控制器包括控制芯片和控制芯片的外圍電路，其中，控制芯片的外圍電路包括:
[0012]第一電阻，第一電阻的一端與壓力傳感器的輸出端相連，第一電阻的另一端接地；
[0013]第一二極管，第一二極管與第一電阻并聯(lián)，第一二極管的陽極接地，第一二極管的陰極與第一電阻的一端相連；
[0014]第二二極管，第二二極管與第一二極管串聯(lián)，第二二極管的陽極與第一二極管的陰極相連，第二二極管的陰極與預(yù)設(shè)電源相連；
[0015]串聯(lián)的第一電容和第二電阻，第一電容的一端接地，第一電容的另一端與控制芯片和第二電阻的一端分別相連，第二電阻的另一端與第一電阻的一端相連。
[0016]所述控制芯片包括信號處理模塊，信號處理模塊與位移傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器采集的信號連接，位移傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器每個(gè)均包括多個(gè)通道，所述多個(gè)通道分別對應(yīng)待采集設(shè)備的多個(gè)待采集量，信號處理模塊的信號處理方法包括以下步驟:
[0017]I)根據(jù)每個(gè)傳感器的地址在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫里建立采集器表，所述采集器表包含所有傳感器的地址信息；
[0018]2)根據(jù)采集器表，掃描傳感器獲得每個(gè)通道的通道地址和通道號，根據(jù)得到的通道地址和通道號，分別為每個(gè)傳感器生成通道表，所述通道表均包含相應(yīng)傳感器上的通道地址和通道號信息；
[0019]3)根據(jù)所有通道表，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中初始化一個(gè)總采集表，所述總采集表以待采集量為變量，且每個(gè)待采集量均與相應(yīng)通道的通道地址和通道號對應(yīng)；
[0020]4)根據(jù)通道表生成XML格式變量文件，并將每個(gè)XML格式變量文件下發(fā)到對應(yīng)的傳感器，每個(gè)傳感器載入對應(yīng)的XML格式變量文件，所述XML格式變量文件包含通道的通道地址和通道號信息；
[0021]5)每個(gè)傳感器根據(jù)對應(yīng)的XML格式變量文件的信息，通過相應(yīng)通道采集待采集設(shè)備的數(shù)據(jù)，傳感器根據(jù)采集值分別生成分采集表，所述分采集表中的每個(gè)采集值均與相應(yīng)通道的通道地址和通道號對應(yīng)；
[0022]6)將所有分采集表統(tǒng)一發(fā)到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，根據(jù)每個(gè)通道的通道地址和通道號，將采集值填入總采集表；
[0023]7)定時(shí)掃描通道得到采集值，更新每個(gè)分采集表，然后統(tǒng)一發(fā)到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，更新總米集表。
[0024]所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為NI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述分采集表和總采集表的格式為CVT格式，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)有長駐進(jìn)程，根據(jù)設(shè)定時(shí)間讀取總采集表，并存到對應(yīng)的SQLSERVER 值表。
[0025]所述的位移傳感器包括:管狀位移檢測裝置、電阻位移測量裝置、靜力水準(zhǔn)儀、加速度測量裝置、震動(dòng)數(shù)據(jù)處理裝置、溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、無線網(wǎng)絡(luò)模塊、數(shù)據(jù)處理基站、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；
[0026]管狀位移檢測裝置、電阻位移測量裝置、靜力水準(zhǔn)儀、加速度測量裝置、震動(dòng)數(shù)據(jù)處理裝置、溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器通過無線模塊與數(shù)據(jù)處理基站連接，數(shù)據(jù)處理基站通過無線模塊與數(shù)據(jù)服務(wù)器連接。
[0027]所述的管狀位移檢測裝置包括注液裝置、連通管和傳感器，連通管的兩端與注液裝置連接，傳感器定點(diǎn)安裝在連通管上，傳感器與數(shù)據(jù)采集器連接；
[0028]管狀位移檢測裝置設(shè)置有兩個(gè)監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)，測量基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置在岸邊點(diǎn)或橋墩處；
[0029]電阻位移測量裝置包括底座及電阻尺，底座設(shè)置于待測量的橋墩上，電阻尺設(shè)置于底座上；
[0030]位移測量裝置還包括太陽能電池板，太陽能電池板為位移測量裝置的各構(gòu)成裝置供電。
[0031 ]所述的濕度傳感器包括:
[0032]柔性基板，采用柔性PCB材料及PI材料制成；
[0033]LC金屬層，設(shè)置在柔性基板的上部，采用銅金屬材料制成；
[0034]濕敏介質(zhì)層，設(shè)置在LC金屬層的上部；
[0035]石蠟保護(hù)層，設(shè)置在濕敏介質(zhì)層的上部，用于進(jìn)行絕緣隔離。
[0036]所述的柔性基板的長度、寬度和厚度分別為46.5X31.5X0.35mm；
[0037]LC金屬層的長度為38.2mm，寬度為23mm;
[0038]LC金屬層中銅金屬的厚度為0.02mm，叉指電容C為18組，叉指長為20.9mm，叉指寬度為0.5mm，叉指間距為0.1mm，叉指電容組的長度為23mm，寬度為13.2mm;
[0039]螺旋電感線圈內(nèi)邊長為7.6mm，外邊長為23mm，線圈寬度為0.5mm，線圈間距為
0.1mm，叉指電容組和螺旋電感線圈的間距為2mm ；
[0040]濕敏介質(zhì)層為濕敏PI材料制成的薄膜，并均勻涂敷在LC金屬層中叉指電容組的銅金屬層間，濕敏介質(zhì)層的厚度為0.00Imm;
[0041]石蠟保護(hù)層完全覆蓋在LC金屬層上的螺旋電感線圈部分，厚度為0.1mm;
[0042]濕敏介質(zhì)層的介電常數(shù)為3.6。
[0043]所述的水平井包括:
[0044]至少兩口U型井，各U型井包括直井段和配合直井，直井段所處地勢高于配合直井所處地勢；
[0045]至少一口多分支水平井，每口多分支水平井對應(yīng)地設(shè)置在相鄰兩口U型井之間，每口多分支水平井包括直井段、與直井段相連的主井眼以及與主井眼相連且向下延伸的分支井眼；
[0046]每口多分支水平井的分支井眼分別向與其相鄰的U型井延伸，并與相應(yīng)的U型井直接連通或滲透連通。
[0047]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:該適用于近距煤層保水采煤固液耦合相似模擬試驗(yàn)裝置，能夠有效的模擬近距煤層開采前含水層中水與巖層共存狀態(tài)，為保水開采提供較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
[0048]本發(fā)明將原來由手工編輯變量名改成了自動(dòng)管理、添加，減少了系統(tǒng)建立和維護(hù)的成本;將原來封閉的系統(tǒng)改成了適合用任何工具和語言可以訪問的架構(gòu)，適用于構(gòu)建大型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，或者與信息系統(tǒng)集成;本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集方式在變量超過1000個(gè)時(shí)比用共享變量方式，采集效率會(huì)高20倍以上。
【附圖說明】
[0049]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的適用于近距煤層保水采煤固液耦合相似模擬試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的位移傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051 ]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的濕度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的濕度傳感器電路的模型圖；
[0053]圖中:1、外殼;2、位移傳感器;2-1、管狀位移檢測裝置;2-2、電阻位移測量裝置;2-3、靜力水準(zhǔn)儀;2-4、加速度測量裝置;2-5、震動(dòng)數(shù)據(jù)處理裝置;2-6、溫度傳感器;2_7、數(shù)據(jù)采集器;2-8、無線網(wǎng)絡(luò)模塊;2-9、數(shù)據(jù)處理基站;2-10、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器;3、壓力傳感器;4、濕度傳感器;4-1、柔性基板;4-2、LC金屬層;4-3、叉指電容組;4-4、螺旋電感線圈;4-5、濕敏介質(zhì)層;4-6、石錯(cuò)保護(hù)層；5、巖石層;6、上煤層;7、水平井;8、工作面風(fēng)道;9、加壓裝置；10、下煤層；11、隔板;12、含水層；13、隔水層；14、控制器;15、顯示器。
【具體實(shí)施方式】
[0054]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0055]下面結(jié)合附圖1至4及具體實(shí)施例對本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。
[0056]該適用于近距煤層保水采煤固液耦合相似模擬試驗(yàn)裝置包括外殼I，外殼I的底部鋪設(shè)有隔水層13，隔水層13內(nèi)安裝有濕度傳感器4;隔水層13的上端鋪設(shè)有含水層12，含水層12的上端安裝有隔板11，隔板11的上端鋪設(shè)有下煤層10，下煤層10的上端安裝有加壓裝置9，加壓裝置9上安裝有壓力傳感器3;加壓裝置9的上端安裝有工作面風(fēng)道8，工作面風(fēng)道8的上端安裝有水平井7，水平井7的上端安裝有上煤層6，上煤層6內(nèi)安裝有位移傳感器2，上煤層6的上端鋪設(shè)有巖石層5;外殼I的外部安裝有控制器14，控制器14上安裝有顯示器15，位移傳感器2、壓力傳感器3、濕度傳感器4的信號輸出端分別與控制器14相連接，控制器14的信號輸出端與顯示器15相連接。
[0057]所述的下煤層10包括有至少三排分別朝向兩側(cè)的相似煤柱延伸的模擬開采管組；
[0058]三排模擬開采管組層疊組合在一起；
[0059]每排模擬開采管組由多條模擬開采管組成，并且相鄰兩排模擬開采管組中的模擬開采管交錯(cuò)設(shè)置。
[0060]所述的控制器14包括控制芯片和控制芯片的外圍電路，其中，控制芯片的外圍電路包括:
[0061 ]第一電阻，第一電阻的一端與壓力傳感器3的輸出端相連，第一電阻的另一端接地；
[0062]第一二極管，第一二極管與第一電阻并聯(lián)，第一二極管的陽極接地，第一二極管的陰極與第一電阻的一端相連；
[0063]第二二極管，第二二極管與第一二極管串聯(lián)，第二二極管的陽極與第一二極管的陰極相連，第二二極管的陰極與預(yù)設(shè)電源相連；
[0064]串聯(lián)的第一電容和第二電阻，第一電容的一端接地，第一電容的另一端與控制芯片和第二電阻的一端分別相連，第二電阻的另一端與第一電阻的一端相連。
[0065]所述控制芯片包括信號處理模塊，信號處理模塊與位移傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器采集的信號連接，位移傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器每個(gè)均包括多個(gè)通道，所述多個(gè)通道分別對應(yīng)待采集設(shè)備的多個(gè)待采集量，信號處理模塊的信號處理方法包括以下步驟:
[0066]I)根據(jù)每個(gè)傳感器的地址在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫里建立采集器表，所述采集器表包含所有傳感器的地址信息；
[0067]2)根據(jù)采集器表，掃描傳感器獲得每個(gè)通道的通道地址和通道號，根據(jù)得到的通道地址和通道號，分別為每個(gè)傳感器生成通道表，所述通道表均包含相應(yīng)傳感器上的通道地址和通道號信息；
[0068]3)根據(jù)所有通道表，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中初始化一個(gè)總采集表，所述總采集表以待采集量為變量，且每個(gè)待采集量均與相應(yīng)通道的通道地址和通道號對應(yīng)；
[0069]4)根據(jù)通道表生成XML格式變量文件，并將每個(gè)XML格式變量文件下發(fā)到對應(yīng)的傳感器，每個(gè)傳感器載入對應(yīng)的XML格式變量文件，所述XML格式變量文件包含通道的通道地址和通道號信息；
[0070]5)每個(gè)傳感器根據(jù)對應(yīng)的XML格式變量文件的信息，通過相應(yīng)通道采集待采集設(shè)備的數(shù)據(jù)，傳感器根據(jù)采集值分別生成分采集表，所述分采集表中的每個(gè)采集值均與相應(yīng)通道的通道地址和通道號對應(yīng)；
[0071]6)將所有分采集表統(tǒng)一發(fā)到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，根據(jù)每個(gè)通道的通道地址和通道號，將采集值填入總采集表；
[0072]7)定時(shí)掃描通道得到采集值，更新每個(gè)分采集表，然后統(tǒng)一發(fā)到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，更新總米集表。
[0073]所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為NI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述分采集表和總采集表的格式為CVT格式，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)有長駐進(jìn)程，根據(jù)設(shè)定時(shí)間讀取總采集表，并存到對應(yīng)的SQLSERVER 值表。
[0074]所述的位移傳感器2包括:管狀位移檢測裝置2-1、電阻位移測量裝置2-2、靜力水準(zhǔn)儀2-3、加速度測量裝置2-4、震動(dòng)數(shù)據(jù)處理裝置2-5、溫度傳感器2-6、數(shù)據(jù)采集器2_7、無線網(wǎng)絡(luò)模塊2-8、數(shù)據(jù)處理基站2-9、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器2-10;
[0075]管狀位移檢測裝置2-1、電阻位移測量裝置2-2、靜力水準(zhǔn)儀2-3、加速度測量裝置2-4、震動(dòng)數(shù)據(jù)處理裝置2-5、溫度傳感器2-6、數(shù)據(jù)采集器2-7通過無線模塊與數(shù)據(jù)處理基站2-9連接，數(shù)據(jù)處理基站2-9通過無線模塊與數(shù)據(jù)服務(wù)器連接。
[0076]所述的管狀位移檢測裝置2-1包括注液裝置、連通管和傳感器，連通管的兩端與注液裝置連接，傳感器定點(diǎn)安裝在連通管上，傳感器與數(shù)據(jù)采集器2-7連接；
[0077]管狀位移檢測裝置2-1設(shè)置有兩個(gè)監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)，測量基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置在岸邊點(diǎn)或橋墩處；
[0078]電阻位移測量裝置2-2包括底座及電阻尺，底座設(shè)置于待測量的橋墩上，電阻尺設(shè)置于底座上；
[0079]位移測量裝置還包括太陽能電池板，太陽能電池板為位移測量裝置的各構(gòu)成裝置供電。
[0080]通過管狀位移檢測裝置2-1檢測，寬度方向的變形通過電阻位移測量裝置2-2檢測，施工容易，造價(jià)便宜，采用多組傳感器，能夠?qū)Ω鲾?shù)據(jù)分別進(jìn)行采集，可對分散狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)、全面監(jiān)測，采用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通訊通信技術(shù)，自動(dòng)化程度高，節(jié)省了大量的人力財(cái)力，可以組建大型監(jiān)控網(wǎng)。
[0081 ]所述的濕度傳感器4包括:
[0082]柔性基板4-1，采用柔性PCB材料及PI材料制成；
[0083]LC金屬層4-2，設(shè)置在柔性基板4-1的上部，采用銅金屬材料制成；
[0084]濕敏介質(zhì)層4-5，設(shè)置在LC金屬層4-2的上部；
[0085]石蠟保護(hù)層4-6，設(shè)置在濕敏介質(zhì)層4-5的上部，用于進(jìn)行絕緣隔離。
[0086]所述的柔性基板4-1的長度、寬度和厚度分別為46.5X31.5X0.35mm；
[0087]LC金屬層4-2的長度為38.2mm，寬度為23mm ；
[0088]LC金屬層4-2中銅金屬的厚度為0.02mm，叉指電容C為18組，叉指長為20.9mm，叉指寬度為0.5_，叉指間距為0.1_，叉指電容組4-3的長度為23_，寬度為13.2mm;
[0089]螺旋電感線圈4-4內(nèi)邊長為7.6mm，外邊長為23mm，線圈寬度為0.5mm，線圈間距為
0.1mm，叉指電容組4-3和螺旋電感線圈4_4的間距為2mm ；
[0090]濕敏介質(zhì)層4-5為濕敏PI材料制成的薄膜，并均勻涂敷在LC金屬層4-2中叉指電容組4-3的銅金屬層間，濕敏介質(zhì)層4-5的厚度為0.00Imm;
[0091]石蠟保護(hù)層4-6完全覆蓋在LC金屬層4-2上的螺旋電感線圈4-4部分，厚度為0.1mm；
[0092]濕敏介質(zhì)層4-5的介電常數(shù)為3.6。
[0093]第一層為柔性基板4-1，第二層為LC金屬層4-2，第三層為濕敏介質(zhì)層4-5，第四層為石蠟保護(hù)層4-6，柔性基板4-1采用柔性PCB材料及PI材料制成，LC金屬層4-2設(shè)置在柔性基板4-1的上部，采用銅金屬材料制成，濕敏介質(zhì)層4-5設(shè)置在LC金屬層4-2的上部，石蠟保護(hù)層4-6設(shè)置在濕敏介質(zhì)層4-5的上部，用于進(jìn)行絕緣隔離;柔性基板4-1的采用簡化了濕度傳感器4的制備工藝流程，降低了生產(chǎn)成本，并拓寬了濕度傳感器4的應(yīng)用環(huán)境。
[0094]所述的水平井7包括:至少兩口U型井，各U型井包括直井段和配合直井，直井段所處地勢高于配合直井所處地勢；
[0095]至少一口多分支水平井7，每口多分支水平井7對應(yīng)地設(shè)置在相鄰兩口U型井之間，每口多分支水平井7包括直井段、與直井段相連的主井眼以及與主井眼相連且向下延伸的分支井眼；
[0096]每口多分支水平井7的分支井眼分別向與其相鄰的U型井延伸，并與相應(yīng)的U型井直接連通或滲透連通。
[0097]加壓裝置9對下煤層10進(jìn)行試壓，通過濕度傳感器4檢測含水層12中的水分能否透過隔水層進(jìn)入。同時(shí)通過位移傳感器2檢測上煤層6的形變及位移情況，將檢測結(jié)果傳輸?shù)娇刂破?4，通過顯示器15進(jìn)行展示。有效的模擬近距煤層開采前含水層12中水與巖層共存狀態(tài)，為保水開采提供較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
[0098]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適用于近距煤層保水采煤固液耦合相似模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，該適用于近距煤層保水采煤固液耦合相似模擬試驗(yàn)裝置包括外殼，外殼的底部鋪設(shè)有隔水層，隔水層內(nèi)安裝有濕度傳感器;隔水層的上端鋪設(shè)有含水層，含水層的上端安裝有隔板，隔板的上端鋪設(shè)有下煤層，下煤層的上端安裝有加壓裝置，加壓裝置上安裝有壓力傳感器;加壓裝置的上端安裝有工作面風(fēng)道，工作面風(fēng)道的上端安裝有水平井，水平井的上端安裝有上煤層，上煤層內(nèi)安裝有位移傳感器，上煤層的上端鋪設(shè)有巖石層;外殼的外部安裝有控制器，控制器上安裝有顯示器，位移傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器的信號輸出端分別與控制器相連接，控制器的信號輸出端與顯示器相連接。2.如權(quán)利要求1所述的適用于近距煤層保水采煤固液耦合相似模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的下煤層包括有至少三排分別朝向兩側(cè)的相似煤柱延伸的模擬開采管組； 三排模擬開采管組層疊組合在一起； 每排模擬開采管組由多條模擬開采管組成，并且相鄰兩排模擬開采管組中的模擬開采管交錯(cuò)設(shè)置。3.如權(quán)利要求1所述的適用于近距煤層保水采煤固液耦合相似模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的控制器包括控制芯片和控制芯片的外圍電路，其中，控制芯片的外圍電路包括: 第一電阻，第一電阻的一端與壓力傳感器的輸出端相連，第一電阻的另一端接地； 第一二極管，第一二極管與第一電阻并聯(lián)，第一二極管的陽極接地，第一二極管的陰極與第一電阻的一端相連； 第二二極管，第二二極管與第一二極管串聯(lián)，第二二極管的陽極與第一二極管的陰極相連，第二二極管的陰極與預(yù)設(shè)電源相連； 串聯(lián)的第一電容和第二電阻，第一電容的一端接地，第一電容的另一端與控制芯片和第二電阻的一端分別相連，第二電阻的另一端與第一電阻的一端相連。4.如權(quán)利要求3所述的適用于近距煤層保水采煤固液耦合相似模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述控制芯片包括信號處理模塊，信號處理模塊與位移傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器采集的信號連接，位移傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器每個(gè)均包括多個(gè)通道，所述多個(gè)通道分別對應(yīng)待采集設(shè)備的多個(gè)待采集量，信號處理模塊的信號處理方法包括以下步驟: 1)根據(jù)每個(gè)傳感器的地址在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫里建立采集器表，所述采集器表包含所有傳感器的地址信息； 2)根據(jù)采集器表，掃描傳感器獲得每個(gè)通道的通道地址和通道號，根據(jù)得到的通道地址和通道號，分別為每個(gè)傳感器生成通道表，所述通道表均包含相應(yīng)傳感器上的通道地址和通道號信息； 3)根據(jù)所有通道表，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中初始化一個(gè)總采集表，所述總采集表以待采集量為變量，且每個(gè)待采集量均與相應(yīng)通道的通道地址和通道號對應(yīng)； 4)根據(jù)通道表生成XML格式變量文件，并將每個(gè)XML格式變量文件下發(fā)到對應(yīng)的傳感器，每個(gè)傳感器載入對應(yīng)的XML格式變量文件，所述XML格式變量文件包含通道的通道地址和通道號信息； 5)每個(gè)傳感器根據(jù)對應(yīng)的XML格式變量文件的信息，通過相應(yīng)通道采集待采集設(shè)備的數(shù)據(jù)，傳感器根據(jù)采集值分別生成分采集表，所述分采集表中的每個(gè)采集值均與相應(yīng)通道的通道地址和通道號對應(yīng)； 6)將所有分采集表統(tǒng)一發(fā)到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，根據(jù)每個(gè)通道的通道地址和通道號，將采集值填入總采集表； 7)定時(shí)掃描通道得到采集值，更新每個(gè)分采集表，然后統(tǒng)一發(fā)到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，更新總米集表。5.如權(quán)利要求4所述的適用于近距煤層保水采煤固液耦合相似模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為NI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述分采集表和總采集表的格式為CVT格式，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)有長駐進(jìn)程，根據(jù)設(shè)定時(shí)間讀取總采集表，并存到對應(yīng)的SQL SERVER值表。6.如權(quán)利要求1所述的適用于近距煤層保水采煤固液耦合相似模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的位移傳感器包括:管狀位移檢測裝置、電阻位移測量裝置、靜力水準(zhǔn)儀、加速度測量裝置、震動(dòng)數(shù)據(jù)處理裝置、溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、無線網(wǎng)絡(luò)模塊、數(shù)據(jù)處理基站、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器； 管狀位移檢測裝置、電阻位移測量裝置、靜力水準(zhǔn)儀、加速度測量裝置、震動(dòng)數(shù)據(jù)處理裝置、溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器通過無線模塊與數(shù)據(jù)處理基站連接，數(shù)據(jù)處理基站通過無線模塊與數(shù)據(jù)服務(wù)器連接。7.如權(quán)利要求6所述的適用于近距煤層保水采煤固液耦合相似模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的管狀位移檢測裝置包括注液裝置、連通管和傳感器，連通管的兩端與注液裝置連接，傳感器定點(diǎn)安裝在連通管上，傳感器與數(shù)據(jù)采集器連接； 管狀位移檢測裝置設(shè)置有兩個(gè)監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)，測量基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置在岸邊點(diǎn)或橋墩處； 電阻位移測量裝置包括底座及電阻尺，底座設(shè)置于待測量的橋墩上，電阻尺設(shè)置于底座上； 位移測量裝置還包括太陽能電池板，太陽能電池板為位移測量裝置的各構(gòu)成裝置供電。8.如權(quán)利要求1所述的適用于近距煤層保水采煤固液耦合相似模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的濕度傳感器包括: 柔性基板，采用柔性PCB材料及PI材料制成； LC金屬層，設(shè)置在柔性基板的上部，采用銅金屬材料制成； 濕敏介質(zhì)層，設(shè)置在LC金屬層的上部； 石蠟保護(hù)層，設(shè)置在濕敏介質(zhì)層的上部，用于進(jìn)行絕緣隔離。9.如權(quán)利要求8所述的適用于近距煤層保水采煤固液耦合相似模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的柔性基板的長度、寬度和厚度分別為46.5X31.5X0.35mm； LC金屬層的長度為38.2mm，寬度為23mm; LC金屬層中銅金屬的厚度為0.02mm，叉指電容C為18組，叉指長為20.9mm，叉指寬度為0.5mm，叉指間距為0.1mm，叉指電容組的長度為23mm，寬度為13.2mm; 螺旋電感線圈內(nèi)邊長為7.6mm，外邊長為23mm，線圈寬度為0.5mm，線圈間距為0.Imm，叉指電容組和螺旋電感線圈的間距為2mm; 濕敏介質(zhì)層為濕敏PI材料制成的薄膜，并均勻涂敷在LC金屬層中叉指電容組的銅金屬層間，濕敏介質(zhì)層的厚度為0.0Olmm; 石蠟保護(hù)層完全覆蓋在LC金屬層上的螺旋電感線圈部分，厚度為0.1mm; 濕敏介質(zhì)層的介電常數(shù)為3.6。10.如權(quán)利要求1所述的適用于近距煤層保水采煤固液耦合相似模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的水平井包括: 至少兩口 U型井，各U型井包括直井段和配合直井，直井段所處地勢高于配合直井所處地勢； 至少一 口多分支水平井，每口多分支水平井對應(yīng)地設(shè)置在相鄰兩口 U型井之間，每口多分支水平井包括直井段、與直井段相連的主井眼以及與主井眼相連且向下延伸的分支井眼； 每口多分支水平井的分支井眼分別向與其相鄰的U型井延伸，并與相應(yīng)的U型井直接連通或滲透連通。
【文檔編號】G01N33/24GK105974087SQ201610284690
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月3日
【發(fā)明人】謝東海
【申請人】湖南科技大學(xué)