一種用于三維相似模擬材料模擬試驗(yàn)的位移監(jiān)測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種相似模擬實(shí)驗(yàn)監(jiān)測裝置，尤其涉及一種用于三維相似模擬材料模擬試驗(yàn)的位移監(jiān)測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]覆巖運(yùn)動規(guī)律是采礦工程的重要研宄內(nèi)容，但因其研宄對象相對隱蔽給研宄帶來了諸多不便。
[0003]相似模擬是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)按相似原理制作與原型相似的模型，借助測試儀表觀測模型內(nèi)力學(xué)參數(shù)及其分布規(guī)律，利用在模型上的研宄結(jié)果，借以推斷原型中可能發(fā)生的力學(xué)現(xiàn)象以及巖體壓力分布規(guī)律。
[0004]因此，采用相似材料模擬的方法，在研宄開采沉陷引起的覆巖運(yùn)動及其地表移動規(guī)律時，可以直觀的表達(dá)出在工作面推進(jìn)過程中，所引起的覆巖及其地表的液平位移、下沉量及其移動規(guī)律，為我們研宄上覆巖層運(yùn)動規(guī)律提供了方便。
[0005]但現(xiàn)有技術(shù)中，對于三維相似模擬試驗(yàn)而言，要想監(jiān)測覆巖內(nèi)任意點(diǎn)的位移變化過程仍難以實(shí)現(xiàn)。
[0006]中國專利申請CN201653319U公開了一種立體分布式位移測量裝置，其包括多只位移數(shù)值讀取器與相同數(shù)量的堅(jiān)硬金屬片，其中位移數(shù)值讀取器與堅(jiān)硬金屬片一一對應(yīng)，在各自對應(yīng)的一只位移數(shù)值讀取器與一只堅(jiān)硬金屬片之間通過一根魚線連接；
[0007]其通過以埋設(shè)的方式固定在模型內(nèi)部的堅(jiān)硬金屬片如鐵片或鋼片等，在模型內(nèi)部出現(xiàn)模擬巖層運(yùn)動變化時，該高度層上的堅(jiān)硬金屬片帶動魚線，由魚線拉伸位移數(shù)值讀取器，通過位移數(shù)值讀取器觀測讀取位移值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對模型內(nèi)部巖層位移運(yùn)動的觀測。
[0008]但是，這種結(jié)構(gòu)形式的監(jiān)測裝置存在諸多不足之處，主要表現(xiàn)在:
[0009]1、在試驗(yàn)過程中，立體分布式位移測量(監(jiān)測)裝置不可避免地將對覆巖施加外力，將影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性；
[0010]2、讀數(shù)不連續(xù)，因而可能出現(xiàn)對因回采引起的覆巖運(yùn)動突變點(diǎn)監(jiān)測不到的問題；
[0011]3、其工作原理僅限于立體分布式位移測量(監(jiān)測)裝置，因而只能監(jiān)測到覆巖下沉，而無法監(jiān)測到覆巖抬升，使得模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果不全面、不真實(shí)、不準(zhǔn)確。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0012]本實(shí)用新型的目的是，提供一種精度高、實(shí)驗(yàn)過程中具有自動讀取數(shù)據(jù)功能、可以實(shí)現(xiàn)三維相似模擬材料模擬試驗(yàn)過程中，覆巖運(yùn)動過程的全記錄，并可同時監(jiān)測到覆巖的上升和下降運(yùn)動規(guī)律的用于三維相似模擬材料模擬試驗(yàn)的位移監(jiān)測裝置。
[0013]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是，一種用于三維相似模擬材料模擬試驗(yàn)的位移監(jiān)測裝置，其特征在于，包括儲液箱、高壓膠管、多通、微壓力傳感裝置、采集儀和計(jì)算機(jī)；
[0014]所述儲液箱的頂部兩側(cè)分別設(shè)置有一透氣孔和一注液口 ；
[0015]所述儲液箱的底部出液口的標(biāo)高高于所述用于盛放相似模擬材料的框架結(jié)構(gòu)部分的頂部，并通過管道與所述多通的進(jìn)液口連接；
[0016]所述微壓力傳感裝置數(shù)量為若干，每個微壓力傳感裝置的進(jìn)液管口分別通過相應(yīng)的高壓膠管連接在所述多通的不同出液口上；
[0017]所述微壓力傳感裝置包括殼體，所述殼體內(nèi)部左右兩側(cè)分別為壓力變送器和儲液腔；
[0018]所述儲液腔與所述進(jìn)液管口貫通；
[0019]所述儲液腔靠近壓力變送器的一側(cè)的內(nèi)壁上安裝有一微壓力傳感器，所述儲液腔的另一側(cè)上方壁面上設(shè)置有一放氣孔；
[0020]所述放氣孔內(nèi)擰入一封堵用螺栓；
[0021]所述微壓力傳感器與所述壓力變送器通訊連接，所述壓力變送器通過所述數(shù)據(jù)線與所述采集儀通訊連接；
[0022]所述采集儀具有以太網(wǎng)接口，用于通過網(wǎng)線與所述計(jì)算機(jī)通訊連接。
[0023]上述技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，用于三維相似模擬材料模擬試驗(yàn)的位移監(jiān)測裝置，其中的微壓力傳感裝置均勻埋設(shè)在各不同層的相似模擬材料內(nèi)部；實(shí)驗(yàn)過程中，可以適時、真實(shí)準(zhǔn)確、全方位地檢測到相似模擬材料模型內(nèi)部的位移變化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，再通過采集儀采集、計(jì)算機(jī)處理并輸出后，供實(shí)驗(yàn)人員形象直觀地看出相似模擬材料模擬試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過程中所產(chǎn)生的液平位移、下沉量和移動規(guī)律。
[0024]上述技術(shù)方案的用于三維相似模擬材料模擬試驗(yàn)的位移測量裝置，在三維相似模擬材料模擬試驗(yàn)過程中，位移監(jiān)測裝置中的微壓力傳感裝置對相似模擬材料模型不會施加任何的外力，因而進(jìn)一步保證了試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性；
[0025]上述技術(shù)方案的用于三維相似模擬材料模擬試驗(yàn)的位移測量裝置，在三維相似模擬材料模擬試驗(yàn)過程中，其數(shù)據(jù)的采集、傳輸與處理均同步進(jìn)行，因而實(shí)現(xiàn)了對因回采過程中所引起的覆巖運(yùn)動全方位的監(jiān)測，較好地解決了現(xiàn)有技術(shù)中所存在的“突變點(diǎn)”監(jiān)測不到的技術(shù)問題；
[0026]為了更好地理解本實(shí)用新型，現(xiàn)詳細(xì)說明上述技術(shù)方案的用于三維相似模擬材料模擬試驗(yàn)的位移測量裝置在三維相似模擬材料模擬試驗(yàn)過程中的工作原理:
[0027]在煤層采掘過程中，一旦微壓力傳感裝置在豎直方向上出現(xiàn)位移，其與儲液箱中的液面之間的高度差將發(fā)生變化。這樣，其儲液腔中液體所產(chǎn)生并傳導(dǎo)出的壓力數(shù)值將發(fā)生變化。
[0028]將這種微壓力傳感裝置在豎直方向上的位移(量)，同步轉(zhuǎn)化成(液體)壓力變化(量)，再經(jīng)微壓力傳感器及時檢測到、經(jīng)采集儀采集并傳輸至計(jì)算機(jī)，再通過計(jì)算機(jī)記錄、輸出。
[0029]從上述工作原理可以看出，上述技術(shù)方案的用于三維相似模擬材料模擬試驗(yàn)的位移測量裝置，其利用液體壓力等于密度乘以其高度這一簡單的物理學(xué)道理，巧妙地將這種液位差所引起的壓力的變化應(yīng)用至微壓力傳感裝置中，從而將相似模擬材料內(nèi)部局部位移監(jiān)測的復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)化成簡單的壓力信號檢測與輸出，使得上述技術(shù)方案的位移測量裝置不僅可以同步適時地監(jiān)測到三維相似模擬材料模擬試驗(yàn)過程中，覆巖可能出現(xiàn)的下沉，還可以同步適時地，監(jiān)測到覆巖可能出現(xiàn)的抬升。
[0030]進(jìn)一步優(yōu)選，上述儲液腔內(nèi)的液體為水、鹽水、或者水銀。
[0031]該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，基于上述工作原理可以看出，利用各種不同密度的液體，便于根據(jù)實(shí)驗(yàn)精度等級需要，或者微壓力傳感器的靈敏度等情況，進(jìn)行液位差變化所致壓力變化量的放大與縮小比例的靈活調(diào)整。這樣，既便于操作，又可保證實(shí)驗(yàn)所需的精度要求。
[0032]進(jìn)一步優(yōu)選，上述高壓膠管的額定耐壓值為4MPa以上。
[0033]該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明，在通常實(shí)驗(yàn)情況下，高壓膠管所可能承受到的壓力低于4MPa。選擇高壓膠管的額定耐壓值為4MPa以上，可以有效保證正常實(shí)驗(yàn)所需，不會出現(xiàn)被壓扁，進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)精確性等問題的出現(xiàn)。
[0034]進(jìn)一步優(yōu)選，上述微壓力傳感裝置的殼體材質(zhì)為不銹鋼304或工具鋼。
[0035]該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，由于微壓力傳感裝置直接埋設(shè)在相似模擬材料的內(nèi)部，其需要承受來自上方相似模擬材料的壓力，選擇不銹鋼304或工具鋼主要考慮的是，這兩種材料均具有較高的硬度，并且均具有較好的加工性能。
[0036]這樣，可以在有限的加工成本基礎(chǔ)上，盡可能提高微壓力傳感裝置的殼體的剛度，確保實(shí)驗(yàn)過程中不會出現(xiàn)因?yàn)楸粔罕?，進(jìn)而導(dǎo)致裝置失靈等問題的出現(xiàn)。
[0037]為更好地理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合三維相似模擬材料模擬試驗(yàn)，詳細(xì)說明本實(shí)用新型在三維相似模擬材料模擬試驗(yàn)中是如何使用的。
[0038]本實(shí)用新型在三維相似模擬材料模擬試驗(yàn)中的使用方法是，將用于三維相似模擬材料模擬試驗(yàn)的位移監(jiān)測裝置與用于盛放相似模擬材料的框架結(jié)構(gòu)部分配套使用；
[0039]所述用于盛放相似模擬材料的框架結(jié)構(gòu)部分整體呈無上蓋的箱體結(jié)構(gòu)，包括矩形底座、分別豎直固定連接在底座四個頂角位置處的四根立柱和可拆卸連接的活動擋板；
[0040]所述箱體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的相似模擬材料為層狀結(jié)構(gòu)，在豎直方向上依次分為若干層；
[0041]所述立柱為頂角朝外的角鋼，所述角鋼的兩外側(cè)面上均勻開設(shè)有若干螺孔；
[0042]所述活動擋板數(shù)量為若干，每一活動擋板的兩端均分別開設(shè)有若干通透孔，并通過螺栓固定連接在所述角鋼的兩外側(cè)面上的不同層高位置；
[0043]每一活動擋板的側(cè)面上都均勻開設(shè)有若干數(shù)量的條狀缺口 ；
[0044]所述位移監(jiān)測裝置中的微壓力傳感裝置均勻埋設(shè)在各不同層的相似模擬材料內(nèi)部，各數(shù)據(jù)線、各高壓膠管分別從活動擋板的側(cè)面上的相應(yīng)的條狀缺口中穿出，與設(shè)置在所述用于盛放相似模擬材料的框架結(jié)構(gòu)部分的外部的其余部件連接成一體；
[0045]所述儲液箱的出液口位于所述用于盛放相似模擬材料的框架結(jié)構(gòu)部分頂部的上方；
[0046]所述使用方法包括以下步驟:
[0047]第一步，依次將各數(shù)據(jù)線和各高壓膠管分別從各活動擋板側(cè)面上的相應(yīng)的條狀缺口中穿出，在活動擋板的兩側(cè)依次完成位移監(jiān)測裝置的組裝；
[0048]將儲液箱懸掛至一定高度，以使儲液箱的出液口位于用于盛放相似模擬材料的框架結(jié)構(gòu)部分頂部的上方位置；
[0049]向儲液箱內(nèi)加入適量的液體，依次用螺絲刀打開各微壓力傳感裝置上的封堵螺栓待儲液腔的放氣口開始流出液體時，擰緊封堵螺栓；
[0050]第二步，自下而上，逐層安裝活動擋板，并進(jìn)行相似模擬材料的鋪設(shè)，同時將位移監(jiān)測裝置中的各微壓力傳感裝置均勻埋設(shè)在相似模擬材料的內(nèi)部，直至相似模擬材料全部鋪設(shè)完畢；
[0051]第三步，待相似模擬材料固化至其性能指標(biāo)達(dá)到回采所需條件后，將活動擋板全部拆除，并打開采集儀和計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)將各微壓力傳感裝置中的壓力傳感器的初始值調(diào)至O位置；
[0052]并根據(jù)實(shí)驗(yàn)所需檢測的參數(shù)種類，進(jìn)行采集儀的參數(shù)設(shè)置；
[0053]第四步，沿煤層的采掘工作面由外至里開挖對相似模擬材料進(jìn)行回采實(shí)驗(yàn)，對回采過程中各測點(diǎn)的位移情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集，直至試驗(yàn)回采完畢、并等待一定時間后，通過計(jì)算機(jī)導(dǎo)出所需要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖像。
[0054]優(yōu)選為，上述活動擋板上均勻焊接有若干加強(qiáng)筋。
[0055]該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，活動擋板上均勻焊接有若干加強(qiáng)筋也是基于在保證其強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，盡可能降低主要零部件的制作成本的考慮。
[0056]進(jìn)一步優(yōu)選，上述相似模擬材料的層數(shù)為五層，自下而上依次為底板、煤層、冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶。
[0057]