CN106124731B - 一种全息投影数值化模拟实验台及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全息投影数值化模拟实验台及应用方法。所述全息投影数值化模拟实验台，包括建模机构、加载扫描机构，建模机构设置滑轨、透明模板、底托、迁移马达、应力片、孔隙压力计、输液微管、煤层模拟材料，加载扫描机构设置X射线发射器、X射线接收器、承载密封板、连通孔、液压千斤顶、加载板、废液池、全息投影显示器、投影罩、数据线、排液管、油压管、阀门、液压计、加压泵、溶解液管路、溶解液、输水管、储液池、总线、中央服务器。本发明中建模机构构模，扫描加载机构进行固体加载、液体加载、煤层回采、X射线扫描、全息投影及数据处理，实现物理模型的三维数值化、可视化分析，为科研及矿山灾害预防提供有效数据。

Description

一种全息投影数值化模拟实验台及应用方法

技术领域

本发明涉及一种全息投影数值化模拟实验台、以及应用所述试验台的方法。

背景技术

理论分析、数值模拟、相似物理模拟是分析处理地质矿产开发问题中常用手段，其中相似物理模拟可真实再现矿层赋存及开挖引起的地质变动概况，然而其缺点是普通三维模拟实验台可视化效果差，无法观察到模型内部变化情况。基于上述情况，迫切需要一种全息投影数值化模拟实验台，实现实时显示物理模型模拟过程中其对应应力场、裂隙场、渗流场变动情况，三维数值化、可视化矿山开采扰动灾害，为科研研究及矿山地质灾害预防提供可靠资料。

发明内容

本发明实施例的目的在于提出一种全息投影数值化模拟实验台，通过建模机构中透明模板构建物理模型，然后拆除透明模板利用迁移马达带动底托沿滑轨将模型运至扫描加载机构内，扫描加载机构在中央服务器控制下进行固体加载、液体加载、矿层回采、X射线扫描、全息投影及数据处理分析，在建模机构及加载扫描机构配合作用下，实现物理模型的三维数值化、可视化分析，为科研研究及矿山灾害预防提供有效数据信息。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种全息投影数值化模拟实验台，包括：

建模机构，包括滑轨、透明模板、底托、迁移马达、应力片、孔隙压力计、输液微管、煤层模拟材料，所述底托通过迁移马达与滑轨齿动连接，所述透明模板置于底托上部四周边缘，所述煤层模拟材料置于透明模板围成的内部空间内，所述应力片、孔隙压力计、输液微管置于透明模板围成的内部空间内；

加载扫描机构，包括X射线发射器、X射线接收器、承载密封板、连通孔、液压千斤顶、加载板、滑槽、废液池、全息投影显示器、投影罩、数据线、排液管、油压管、阀门、液压计、加压泵、溶解液管路、溶解液、输水管、储液池、总线、中央服务器，所述加载板设置有滑槽、连通孔、X射线发射器、X射线接收器，且其外侧通过滑槽与液压千斤顶横向滑动连接，所述液压千斤顶通过油压管分别与阀门、加压泵、储液池连通，其外端与承载密封板固接，所述连通孔根据实验要求依次分别与溶解液管路、输水管及阀门、加压泵、储液池连通，所述溶解液通过溶解液管路进入连通孔，所述X射线接收器通过数据线与全息投影显示器相连，所述投影罩置于全息投影显示器上部，所述废液池通过排液管与连通孔连接，所述中央服务器通过总线分别与加压泵、X射线发射器、全息投影显示器相连。

优选地，所述底托利用迁移马达齿动连接滑轨，带动模型至加载扫描机构内。

优选地，所述煤层模拟材料可与溶解液发生反应并生成废液，废液通过排液管排至废液池。

优选地，所述加载板置有X射线发射器的一侧为梯形透明板，置有X射线接收器的为矩形透明板，内部置有连通孔，外侧通过滑槽与液压千斤顶横向滑动连接，各加载板间为螺旋排列。

优选地，所述X射线发射器置于加载板内并通过滑轨往返式滑移，其外端与中央服务器连接。

优选地，所述X射线接收器置于加载板内并通过滑轨与X射线发射器对应往返滑移，其外端通过数据线与全息投影显示器连接。

优选地，所述承载密封板为宽厚铅板形成密封洞室，内部四周固定液压千斤顶。

优选地，所述全息投影显示器与投影罩配合形成模型投影图案。

本发明还提出了一种全息投影数值化模拟实验台应用方法，应用上述实验台，其包括如下实验步骤：

a、根据实验要求搭建透明模板至实验尺寸，铺设相似模拟材料同时均匀埋设孔隙压力计、应力片、输液微管，完毕拆除透明模板；

b、中央服务器控制下迁移马达沿滑轨带动底托将相似模型运至加载扫描机构，准备加载扫描；

c、关闭承载密封板，中央服务器控制加压泵，利用液压千斤顶、连通孔分别进行固体加压、液体加压还原原始固、液应力环境；

d、中央服务器控制加压泵通过溶解液管路、连通孔向模型内注入溶解液溶解煤层模拟材料，进行煤层回采模拟，同时开启X射线发射器及X射线接收器进行模型的实时扫描及中央服务器的实时应力分析，并将扫描数据、应力分析数据传输至全息投影显示器，最终在投影罩配合下形成实时全息投影模型投影图案，实时显示应力场、裂隙场、渗流场变化；e、中央服务器实时记录保存并分析实验中的应力场、裂隙场、渗流场数据；

f、实验完毕，中央服务器控制下卸压卸流，打开承载密封板，迁移出相似模型，清理清洗模拟实验台，并妥善保存。

与传统三维模拟实验台相比，本发明具有如下优点：

本发明述及的全息投影数值化模拟实验台，其中模型构建与模型加载分开进行并由滑轨运送，保证模型构建效率及加载质量；加载扫描机构中承载密封板由宽厚铅板构成，构建承载液压千斤顶并密封模型进行X射线扫描，保证加载及扫描质量；采用溶浸液开采矿层，降低开采模拟难度及非开采扰动对模型的影响；X射线发射器分别安置在邻近加载板中并可沿加载板往返滑移对模型形成全面扫描，X射线接收器与全息投影显示器连接配合投影罩将X射线扫描进行实时投影，形成矿层开采过程中模型的实时全息模型投影图案，提供可视化的应力场、裂隙场、渗流场信息，为科研研究和矿山灾害预防提供可靠数据。

附图说明

图1为本发明实施例中建模机构图；

图2为本发明实施例中模型图；

图3为本发明实施例中加载扫描机构图；

图4为本发明实施例中建模过程图；

图5为本发明实施例中移动模型过程图；

图6为本发明实施例中实验图。

图中：9-溶解液；10-煤层模拟材料；11-滑轨；12-透明模板；13-底托；14-迁移马达；41-应力片；42-孔隙压力计；43-输液微管；31-X射线发射器；32-X射线接收器；33-承载密封板；34-连通孔；35-液压千斤顶；36-加载板；37-废液池；38-全息投影显示器；39-投影罩；311-数据线；312-排液管；313-油压管；314-阀门；315-液压计；316-加压泵；317-溶解液管路；318-输水管；319-储液池；320-总线；321-中央服务器；322-滑槽。

具体实施方式

结合图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，一种全息投影数值化模拟实验台，包括建模机构、加载扫描机构，通过建模机构进行物理模型的构建，并将成型模型送至加载扫描机构，加载扫描机构还原模型固体、液体应力环境，进行溶浸开采，并利用X射线发射器31、X射线接收器32及全息投影显示器38、投影罩39进行模型开挖实时全息投影，在建模机构及加载扫描机构配合作用下，实现物理模型的三维数值化、可视化分析，为科研研究及矿山灾害预防提供有效数据信息。

建模机构中，所述底托13通过迁移马达14与滑轨11齿动连接，所述透明模板12置于底托13上部四周边缘，所述煤层模拟材料10置于透明模板12围成的内部空间内，所述应力片41、孔隙压力计31542、输液微管43置于透明模板12围成的内部空间内；

加载扫描机构中，所述加载板36设置有滑槽322、连通孔34、X射线发射器31、X射线接收器32，且其外侧通过滑槽322与液压千斤顶35横向滑动连接，所述液压千斤顶35通过油压管313分别与阀门314、加压泵316、储液池319连通，其外端与承载固接，所述连通孔34根据实验要求依次分别与溶解液管路317、输水管318及阀门314、加压泵316、储液池319连通，所述溶解液9通过溶解液管路317进入连通孔34，所述X射线接收器32通过数据线311与全息投影显示器38相连，所述投影罩39置于全息投影显示器38上部形成模型投影图案，所述废液池37通过排液管312与连通孔34连接，所述中央服务器321通过总线320分别与加压泵316、X射线发射器31、全息投影显示器38相连。

结合图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，根据模型尺寸利用透明模搭建物理模型铺设空间，铺设相似模拟材料、煤层模拟材料10并埋设孔隙压力计31542、应力片41及输液微管43，模型搭建完毕，拆除透明模板12，利用迁移马达14带动底托13沿滑轨11将物理模型送至由承载密封板33搭建的加载扫描机构内，关闭承载密封板33，由中央服务器321控制加压泵316分别向液压千斤顶35、连通孔34输送液压油、水液，还原地质模型固体及液体应力环境，完毕后，由中央服务器321控制加压泵316向煤层模拟材料10输送溶浸液，进行煤层回采模拟，生成废液通过排液管312排至废液池37，同时开启X射线发射器31、X射线接收器32进行X射线扫描，并将扫描结果通过数据线311输送至全息投影显示器38，结合投影罩39，将实时变化的物理模型数值化为模型投影图案(如图6中投影罩39内所示)。

其实验步骤大致如下：

a、根据实验要求搭建透明模板12至实验尺寸，铺设相似模拟材料同时均匀埋设孔隙压力计31542、应力片41、输液微管43，完毕拆除透明模板12；

b、中央服务器321控制下迁移马达14沿滑轨11带动底托13将相似模型运至加载扫描机构，准备加载扫描；

c、关闭承载密封板33，中央服务器321控制加压泵316，利用液压千斤顶35、连通孔34分别进行固体加压、液体加压还原原始固、液应力环境；

d、中央服务器321控制加压泵316通过溶解液管路317、连通孔34向模型内注入溶解液9溶解煤层模拟材料10，进行煤层回采模拟，同时开启X射线发射器31及X射线接收器32进行模型的实时扫描及中央服务器321的实时应力分析，并将扫描数据、应力分析数据传输至全息投影显示器38，最终在投影罩39配合下形成实时全息投影模型投影图案，实时显示应力场、裂隙场、渗流场变化；

e、中央服务器321实时记录保存并分析实验中的应力场、裂隙场、渗流场数据；

f、实验完毕，中央服务器321控制下卸压卸流，打开承载密封板33，迁移出相似模型，清理清洗模拟实验台，并妥善保存。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替换、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (9)

1.一种全息投影数值化模拟实验台，其特征在于：所述全息投影数值化模拟实验台包括：

建模机构，包括滑轨、透明模板、底托、迁移马达、应力片、孔隙压力计、输液微管、煤层模拟材料，所述底托通过迁移马达与滑轨齿动连接，所述透明模板置于底托上部四周边缘，所述煤层模拟材料置于透明模板围成的内部空间内，所述应力片、孔隙压力计、输液微管置于透明模板围成的内部空间内；

加载扫描机构，包括X射线发射器、X射线接收器、承载密封板、连通孔、液压千斤顶、加载板、滑槽、废液池、全息投影显示器、投影罩、数据线、排液管、油压管、阀门、液压计、加压泵、溶解液管路、溶解液、输水管、储液池、总线、中央服务器，所述加载板设置有滑槽、连通孔、X射线发射器、X射线接收器，且其外侧通过滑槽与液压千斤顶横向滑动连接，所述液压千斤顶通过油压管分别与阀门、加压泵、储液池连通，其外端与承载密封板固接，所述连通孔根据实验要求依次分别与溶解液管路、输水管及阀门、加压泵、储液池连通，所述溶解液通过溶解液管路进入连通孔，所述X射线接收器通过数据线与全息投影显示器相连，所述投影罩置于全息投影显示器上部，所述废液池通过排液管与连通孔连接，所述中央服务器通过总线分别与加压泵、X射线发射器、全息投影显示器相连。

2.根据权利要求1所述的全息投影数值化模拟实验台，其特征在于：所述底托利用迁移马达齿动连接滑轨，带动模型至加载扫描机构内。

3.根据权利要求1所述的全息投影数值化模拟实验台，其特征在于：所述煤层模拟材料可与溶解液发生反应并生成废液，废液通过排液管排至废液池。

4.根据权利要求1所述的全息投影数值化模拟实验台，其特征在于：所述加载板置有X射线发射器的一侧为梯形透明板，置有X射线接收器的为矩形透明板，内部置有连通孔，外侧通过滑槽与液压千斤顶横向滑动连接，各加载板间为螺旋排列。

5.根据权利要求1所述的全息投影数值化模拟实验台，其特征在于：所述X射线发射器置于加载板内并通过滑轨往返式滑移，其外端与中央服务器连接。

6.根据权利要求1所述的全息投影数值化模拟实验台，其特征在于：所述X射线接收器置于加载板内并通过滑轨与X射线发射器对应往返滑移，其外端通过数据线与全息投影显示器连接。

7.根据权利要求1所述的全息投影数值化模拟实验台，其特征在于：所述承载密封板为宽厚铅板形成密封洞室，内部四周固定液压千斤顶。

8.根据权利要求1所述的全息投影数值化模拟实验台，其特征在于：所述全息投影显示器与投影罩配合形成模型投影图案。

9.一种全息投影数值化模拟实验台应用方法，其特征在于，采用如权利要求1至8任一项所述的全息投影数值化模拟实验台，包括如下步骤：

a、根据实验要求搭建透明模板至实验尺寸，铺设相似模拟材料同时均匀埋设孔隙压力计、应力片、输液微管，完毕拆除透明模板；

b、中央服务器控制下迁移马达沿滑轨带动底托将相似模型运至加载扫描机构，准备加载扫描；

c、关闭承载密封板，中央服务器控制加压泵，利用液压千斤顶、连通孔分别进行固体加压、液体加压还原原始固、液应力环境；

d、中央服务器控制加压泵通过溶解液管路、连通孔向模型内注入溶解液溶解煤层模拟材料，进行煤层回采模拟，同时开启X射线发射器及X射线接收器进行模型的实时扫描及中央服务器的实时应力分析，并将扫描数据、应力分析数据传输至全息投影显示器，最终在投影罩配合下形成实时全息投影模型投影图案，实时显示应力场、裂隙场、渗流场变化；

e、中央服务器实时记录保存并分析实验中的应力场、裂隙场、渗流场数据；

f、实验完毕，中央服务器控制下卸压卸流，打开承载密封板，迁移出相似模型，清理清洗模拟实验台，并妥善保存。