CN108387455B - 覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验数据采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验数据采集方法，其采用的实验装置包括支撑机构、加卸载机构，裂隙发育监测机构和监控计算机，支撑机构包括底板、底座和支柱，底板顶部从下到上设置有多层相似材料模具；加卸载机构包括吊板、多个液压油缸、加卸载控制系统和加卸压板；裂隙发育监测机构包括X轴裂隙发育监测机构、Y轴裂隙发育监测机构、Z轴裂隙发育监测机构和裂隙发育监测控制系统。本发明设计新颖合理，实现方便，实验效率高，实验操作方便，能够对覆岩材料破断岩块之间的裂隙发育特征进行全方位监测数据采集，可靠性高，人为误差小，监测结果可靠，实用性强，便于推广使用。

Description

覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验数据采集方法

技术领域

本发明属于采矿工程技术领域，具体涉及一种覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验数据采集方法。

背景技术

采矿活动会引起上覆岩层的垮落，覆岩裂隙发育特征与覆岩垮落规律密切相关。目前，运用相似模拟材料进行实验室尺度下覆岩运移规律探究已成为一种重要的研究方法，该方法可在实验室内再现采矿工程活动对地表及覆岩采动的影响，实验室探究覆岩垮落规律对矿山实际开采具有重要指导意义。

矿山灾害中，瓦斯事故、顶板突水事故为矿山灾害中典型两大灾害，其所造成的危害极大，矿层开采后覆岩垮落过程中所形成的破断岩块之间的裂隙是瓦斯及顶板水运移主要通道，裂隙的发育特征将对瓦斯聚集程度、顶板水运移难度产生重大影响。现有多数相似模拟试验台可在实验室内探究三维条件下矿层开采覆岩运移规律；其不足在于未能探究覆岩受采动影响时覆岩破断岩块之间的裂隙发育特征，而覆岩破断岩块之间的裂隙发育特征对于瓦斯事故、顶板突水事故防治具有重要意义，因而急需要一种既能探究受采动影响覆岩垮落运移规律，又能探究到覆岩破断岩块之间裂隙发育特征的一种装置。研究人员发现，地质雷达探测仪探测方法与地震方法具有相似之处，二者均采用脉冲源激发波场，雷达波与地震波在地下介质中传播均满足波动方程，二者都是通过记录来自目标介质内部物性(电性或弹性)分界面上的反射波或投射波来探查介质体内部结构或确定目标体位置。由于雷达波与地震波在运动学上的相似性，地质雷达探测仪探测的数据能够通过现有技术中地震勘探中已发展成熟的数据处理与显示技术来处理和显示，如果采用地质雷达探测仪检测相似材料模拟的覆岩破断岩块之间的裂隙发育数据，再结合地震勘探中已发展成熟的数据处理与显示技术来处理和显示数据，将能够得到裂隙发育情况，但是，现有技术中还没有采用地质雷达监测仪进行覆岩破断岩块之间裂隙发育实验室监测的装置和数据采集方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计新颖合理、实现方便、实验效率高、实验操作方便、可靠性高、人为误差小、监测结果可靠、实用性强、便于推广使用的覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验装置，其特征在于：包括支撑机构、加卸载机构，裂隙发育监测机构和监控计算机，所述支撑机构包括底板、连接在底板底部的底座和连接在底板顶部的支柱，所述底板顶部从下到上设置有多层用于对相似材料进行成型以模拟覆岩破断岩块的相似材料模具，所述相似材料模具与支柱可拆卸连接；

所述加卸载机构包括设置在所述相似材料模具上方且与支柱固定连接的吊板和均匀连接在吊板底部的多个液压油缸，以及为多个液压油缸提供液压动力的液压系统和用于控制加卸载的加卸载控制系统，多个所述液压油缸的活塞杆底部连接有用于将多个液压油缸的压力均匀施加在模拟的覆岩破断岩块上的加卸压板；所述加卸载控制系统包括加卸压控制器，所述加卸压控制器的输入端接有加卸载机构启动按钮、加卸载机构关闭按钮、加压控制按钮和卸压控制按钮，所述液压系统与加卸压控制器的输出端连接；

所述裂隙发育监测机构包括X轴裂隙发育监测机构、Y轴裂隙发育监测机构、Z轴裂隙发育监测机构和裂隙发育监测控制系统，所述X轴裂隙发育监测机构包括竖直连接在支柱上的两根X轴移动轨道和能够在X轴移动电机的带动下沿两根X轴移动轨道上下移动的X轴地质雷达探测仪，所述Y轴裂隙发育监测机构包括水平连接在支柱上且位于所述支撑机构侧面的两根Y轴移动轨道和能够在Y轴移动电机的带动下沿两根Y轴移动轨道前后移动的Y轴地质雷达探测仪，所述Z轴裂隙发育监测机构包括水平连接在支柱上且位于所述支撑机构顶部的两根Z轴移动轨道和能够在Z轴移动电机的带动下沿两根Z轴移动轨道左右移动的Z轴地质雷达探测仪；两根X轴移动轨道、两根Y轴移动轨道和两根Z轴移动轨道均与支柱可拆卸连接；所述裂隙发育监测控制系统包括裂隙发育监测控制器，所述X轴地质雷达探测仪、Y轴地质雷达探测仪和Z轴地质雷达探测仪均与裂隙发育监测控制器的输入端连接，所述裂隙发育监测控制器的输入端还接有裂隙发育监测机构启动按钮、裂隙发育监测机构关闭按钮、X轴移动控制按钮、Y轴移动控制按钮和Z轴移动控制按钮，所述裂隙发育监测控制器的输出端接有X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器和Z轴电机驱动器，所述X轴移动电机与X轴电机驱动器的输出端连接，所述Y轴移动电机与Y轴电机驱动器的输出端连接，所述Z轴移动电机与Z轴电机驱动器的输出端连接；

所述加卸压控制器通过加卸压控制通信模块与监控计算机连接，所述裂隙发育监测控制器通过裂隙发育监测通信模块与监控计算机连接。

上述的覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验装置，其特征在于：所述底板的形状为矩形，所述底座的数量为四个且分别设置在底板的四个角底部，所述支柱的数量为四根且分别设置在底板的四个角顶部。

上述的覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验装置，其特征在于：所述相似材料模具的形状为由四块模板连接而成的顶部和底部均开口的立方体形，所述相似材料模具的层数为五层且从下到上依次为第一相似材料模具、第二相似材料模具、第三相似材料模具、第四相似材料模具和第五相似材料模具。

上述的覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验装置，其特征在于：所述底板的长度为3100mm、宽度为3100mm、厚度为50mm，所述支柱的长度为30mm、宽度为30mm、高度为2000mm；所述第一相似材料模具的长度为3000mm、宽度为3000mm、高度为200mm,所述第二相似材料模具的长度为3000mm、宽度为3000mm、高度为50mm,所述第三相似材料模具的长度为3000mm、宽度为3000mm、高度为150mm，所述第四相似材料模具的长度为3000mm、宽度为3000mm、高度为200mm,所述第五相似材料模具的长度为3000mm、宽度为3000mm、高度为200mm。

上述的覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验装置，其特征在于：所述支柱上设置有用于连接所述相似材料模具的第一螺孔，所述相似材料模具通过穿入第一螺孔中的第一螺杆和连接在第一螺杆上的第一螺母与支柱可拆卸连接。

上述的覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验装置，其特征在于：所述液压系统包括液压油箱和一端与液压油箱连接的液压油缸进油总管，所述液压油缸进油总管的另一端连接有多根分别对应与多个液压油缸的进油口连接的液压油缸进油支管，所述液压油缸进油总管上从连接液压油箱到液压油缸进油支管的方向依次连接有双向油泵、电磁换向阀和压力计，位于电磁换向阀和压力计之间的一段液压油缸进油总管上连接有接入液压油箱的溢流管，所述溢流管上连接有溢流阀；所述加卸压控制器的输出端接有用于驱动双向油泵的油泵驱动器和用于驱动电磁换向阀的电磁阀驱动器，所述双向油泵与油泵驱动器的输出端连接，所述电磁换向阀与电磁阀驱动器的输出端连接。

上述的覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验装置，其特征在于：所述支柱上设置有用于固定连接两根X轴移动轨道、两根Y轴移动轨道和两根Z轴移动轨道的第二螺孔，两根X轴移动轨道、两根Y轴移动轨道和两根Z轴移动轨道通过穿入第二螺孔中的第二螺杆和连接在第二螺杆上的第二螺母与支柱可拆卸连接。

上述的覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验装置，其特征在于：两根所述X轴移动轨道上均连接有X轴移动齿条，所述X轴地质雷达探测仪安装在X轴地质雷达安装杆上，所述X轴地质雷达安装杆的两端均安装有X轴移动电机，所述X轴移动电机的输出轴上固定连接有与X轴移动齿条相啮合的X轴移动齿轮；两根所述Y轴移动轨道上均连接有Y轴移动齿条，所述Y轴地质雷达探测仪安装在Y轴地质雷达安装杆上，所述Y轴地质雷达安装杆的两端均安装有Y轴移动电机，所述Y轴移动电机的输出轴上固定连接有与Y轴移动齿条相啮合的Y轴移动齿轮；两根所述Z轴移动轨道上均连接有Z轴移动齿条，所述Z轴地质雷达探测仪安装在Z轴地质雷达安装杆上，所述Z轴地质雷达安装杆的两端均安装有Z轴移动电机，所述Z轴移动电机的输出轴上固定连接有与Z轴移动齿条相啮合的Z轴移动齿轮。

本发明还公开了一种步骤简单、实现方便、数据采集效率高、采集的数据准确性高的覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验数据采集方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将底座连接在底板底部，并将支柱连接在底板顶部；

步骤二、将第一相似材料模具连接在底板顶部，并与支柱可拆卸连接；将相似材料置于第一相似材料模具中；所述加卸载控制系统控制多个液压油缸，对相似材料进行加压至满足试验要求；

步骤三、将第二相似材料模具连接在第一相似材料模具顶部，并与支柱可拆卸连接；将相似材料置于第二相似材料模具中；所述加卸载控制系统控制多个液压油缸，对相似材料进行加压至满足试验要求；

步骤四、将第三相似材料模具连接在第二相似材料模具顶部，并与支柱可拆卸连接；将相似材料置于第三相似材料模具中；所述加卸载控制系统控制多个液压油缸，对相似材料进行加压至满足试验要求；

步骤五、将第四相似材料模具连接在第三相似材料模具顶部，并与支柱可拆卸连接；将相似材料置于第四相似材料模具中；所述加卸载控制系统控制多个液压油缸，对相似材料进行加压至满足试验要求；

步骤六、将第五相似材料模具连接在第四相似材料模具顶部，并与支柱可拆卸连接；将相似材料置于第五相似材料模具中；所述加卸载控制系统控制多个液压油缸，对相似材料进行加压至满足试验要求；

步骤七、依次拆卸下第五相似材料模具、第四相似材料模具、第三相似材料模具、第二相似材料模具和第一相似材料模具；

步骤八、开启所述加卸载机构和所述裂隙发育监测机构，所述加卸载控制系统控制多个液压油缸，对相似材料进行加压；所述裂隙发育监测控制系统控制X轴地质雷达探测仪、Y轴地质雷达探测仪和Z轴地质雷达探测仪均匀移动，采集来自相似材料的反射波信号或投射波信号并将采集到的信号通过裂隙发育监测控制器和裂隙发育监测通信模块传输给监控计算机。

上述的方法，其特征在于：步骤二至六中所述加卸载控制系统控制多个液压油缸，对相似材料进行加压的具体过程为：按下加压控制按钮，所述加卸压控制器控制油泵驱动器驱动双向油泵打开，并控制电磁阀驱动器驱动电磁换向阀打开，液压油箱中的液压油通过液压油缸进油总管流入液压油缸进油支管，再流入多个液压油缸中，液压油缸的活塞杆伸出，带动加卸压板向下移动，对相似材料进行加压。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验装置的结构简单，设计新颖合理，实现方便。

2、本发明的相似材料模具通过螺杆和螺母与支柱可拆卸连接，相似材料铺设完成后可拆卸相似模具，使得相似材料能够较快地达到试验条件，节约实验时间，提高了实验效率，实验过程中也便于观测三维条件下覆岩受采动影响时垮落运移规律，便于探究到覆岩破断岩块之间裂隙发育特征。

3、本发明的加卸载机构在实验过程中能够实现加卸压板下移对相似材料进行加压，模拟矿山开采实际覆岩应力作用，加载的压力可在压力计上直接观测到，实验结束后，能够实现加卸压板上移，对相似材料进行卸压，使得实验空间变大，便于实验操作，卸载的压力可在压力计上直接观测到，实验操作方便。

4、本发明的裂隙发育监测机构能够在三维方向上对覆岩材料破断岩块之间的裂隙发育特征进行监测数据采集，三个方向上的地质雷达探测仪均能够通过移动齿轮与移动齿条的啮合在移动轨道上移动，通过控制三维方向上地质雷达探测仪的移动速度，能够对覆岩材料破断岩块之间的裂隙发育特征进行全方位监测数据采集，经过后续的数据处理，三维方向上各自的裂隙发育特征最终可处理合成为具有时间效应的覆岩材料破断岩块之间的裂隙发育整体特征。

5、本发明覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验数据采集方法的方法步骤简单，实现方便，数据采集效率高，采集的数据准确性高。

6、本发明不但能够探究覆岩材料受采动影响垮落运移规律，而且可以对覆岩材料破断岩块之间的裂隙发育特征进行全方位监测数据采集，覆岩垮落运移规律和覆岩破断岩块之间裂隙发育规律相互验证，克服了原有只能探究覆岩垮落运移规律相似模拟试验台的不足，提高了实验室尺度下运用相似模拟试验方法进行矿山岩体覆岩运动规律探究可靠性。

7、本发明占用空间小，自动化程度高，人为误差小，监测结果可靠，试验效率高，实用性强，便于推广使用。

综上所述，本发明的设计新颖合理，实现方便，实验效率高，实验操作方便，不仅能够探究覆岩材料受采动影响垮落运移规律，还能够对覆岩材料破断岩块之间的裂隙发育特征进行全方位监测数据采集，可靠性高，人为误差小，监测结果可靠，实用性强，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验装置的结构示意图。

图2为本发明加卸载控制系统、裂隙发育监测控制系统和监控计算机的电路连接框图。

附图标记说明：

1—支柱； 2—液压油箱； 3—第二螺杆；

4—液压油缸进油总管； 5—液压油缸进油支管； 6—第一螺杆；

7—压力计； 8—底板； 9—底座；

10—第五相似材料模具； 11—第四相似材料模具； 12—第三相似材料模具；

13—第二相似材料模具； 14—第一相似材料模具； 15—吊板；

16—液压油缸； 17—加卸压板； 18—加卸压控制器；

19—加卸压控制通信模块； 21—油泵驱动器；

22—加压控制按钮； 23—卸压控制按钮；

24—加卸载机构启动按钮； 25—加卸载机构关闭按钮；

26-1—X轴地质雷达探测仪； 26-2—Y轴地质雷达探测仪；

26-3—Z轴地质雷达探测仪； 27-1—X轴移动轨道；

27-2—Y轴移动轨道； 27-3—Z轴移动轨道；

29—裂隙发育监测控制器； 30-1—X轴移动控制按钮；

30-2—Y轴移动控制按钮； 30-3—Z轴移动控制按钮；

31—裂隙发育监测机构启动按钮； 32—裂隙发育监测机构关闭按钮；

33-1—X轴电机驱动器； 33-2—Y轴电机驱动器；

33-3—Z轴电机驱动器； 34—裂隙发育监测通信模块；

35—监控计算机； 36-1—X轴地质雷达安装杆；

36-2—Y轴地质雷达安装杆； 36-3—Z轴地质雷达安装杆；

37-1—X轴移动电机； 37-2—Y轴移动电机； 37-3—Z轴移动电机；

68—双向油泵； 69—电磁换向阀； 71—溢流管；

72—溢流阀； 73—电磁阀驱动器。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验装置，包括支撑机构、加卸载机构，裂隙发育监测机构和监控计算机35，所述支撑机构包括底板8、连接在底板8底部的底座9和连接在底板8顶部的支柱1，所述底板8顶部从下到上设置有多层用于对相似材料进行成型以模拟覆岩破断岩块的相似材料模具，所述相似材料模具与支柱1可拆卸连接；

所述加卸载机构包括设置在所述相似材料模具上方且与支柱1固定连接的吊板15和均匀连接在吊板15底部的多个液压油缸16，以及为多个液压油缸16提供液压动力的液压系统和用于控制加卸载的加卸载控制系统，多个所述液压油缸16的活塞杆底部连接有用于将多个液压油缸16的压力均匀施加在模拟的覆岩破断岩块上的加卸压板17；所述加卸载控制系统包括加卸压控制器18，所述加卸压控制器18的输入端接有加卸载机构启动按钮24、加卸载机构关闭按钮25、加压控制按钮22和卸压控制按钮23，所述液压系统与加卸压控制器18的输出端连接；具体实施时，所述吊板15与支柱1焊接；

所述裂隙发育监测机构包括X轴裂隙发育监测机构、Y轴裂隙发育监测机构、Z轴裂隙发育监测机构和裂隙发育监测控制系统，所述X轴裂隙发育监测机构包括竖直连接在支柱1上的两根X轴移动轨道27-1和能够在X轴移动电机37-1的带动下沿两根X轴移动轨道27-1上下移动的X轴地质雷达探测仪26-1，所述Y轴裂隙发育监测机构包括水平连接在支柱1上且位于所述支撑机构侧面的两根Y轴移动轨道27-2和能够在Y轴移动电机37-2的带动下沿两根Y轴移动轨道27-2前后移动的Y轴地质雷达探测仪26-2，所述Z轴裂隙发育监测机构包括水平连接在支柱1上且位于所述支撑机构顶部的两根Z轴移动轨道27-3和能够在Z轴移动电机37-3的带动下沿两根Z轴移动轨道27-3左右移动的Z轴地质雷达探测仪26-3；两根X轴移动轨道27-1、两根Y轴移动轨道27-2和两根Z轴移动轨道27-3均与支柱1可拆卸连接；所述裂隙发育监测控制系统包括裂隙发育监测控制器29，所述X轴地质雷达探测仪26-1、Y轴地质雷达探测仪26-2和Z轴地质雷达探测仪26-3均与裂隙发育监测控制器29的输入端连接，所述裂隙发育监测控制器29的输入端还接有裂隙发育监测机构启动按钮31、裂隙发育监测机构关闭按钮32、X轴移动控制按钮30-1、Y轴移动控制按钮30-2和Z轴移动控制按钮30-3，所述裂隙发育监测控制器29的输出端接有X轴电机驱动器33-1、Y轴电机驱动器33-2和Z轴电机驱动器33-3，所述X轴移动电机37-1与X轴电机驱动器33-1的输出端连接，所述Y轴移动电机37-2与Y轴电机驱动器33-2的输出端连接，所述Z轴移动电机37-3与Z轴电机驱动器33-3的输出端连接；

所述加卸压控制器18通过加卸压控制通信模块19与监控计算机35连接，所述裂隙发育监测控制器29通过裂隙发育监测通信模块34与监控计算机35连接。

本实施例中，如图1所示，所述底板8的形状为矩形，所述底座9的数量为四个且分别设置在底板8的四个角底部，所述支柱1的数量为四根且分别设置在底板8的四个角顶部。

本实施例中，如图1所示，所述相似材料模具的形状为由四块模板连接而成的顶部和底部均开口的立方体形，所述相似材料模具的层数为五层且从下到上依次为第一相似材料模具14、第二相似材料模具13、第三相似材料模具12、第四相似材料模具11和第五相似材料模具10。

本实施例中，所述底板8的长度为3100mm、宽度为3100mm、厚度为50mm，所述支柱1的长度为30mm、宽度为30mm、高度为2000mm；所述第一相似材料模具14的长度为3000mm、宽度为3000mm、高度为200mm,所述第二相似材料模具13的长度为3000mm、宽度为3000mm、高度为50mm,所述第三相似材料模具12的长度为3000mm、宽度为3000mm、高度为150mm，所述第四相似材料模具11的长度为3000mm、宽度为3000mm、高度为200mm,所述第五相似材料模具10的长度为3000mm、宽度为3000mm、高度为200mm。

本实施例中，如图1所示，所述支柱1上设置有用于连接所述相似材料模具的第一螺孔，所述相似材料模具通过穿入第一螺孔中的第一螺杆6和连接在第一螺杆6上的第一螺母与支柱1可拆卸连接。

具体实施时，所述第一螺孔的内径为10mm，所述第一螺杆6的直径为8mm。

本实施例中，如图1所示，所述液压系统包括液压油箱2和一端与液压油箱2连接的液压油缸进油总管4，所述液压油缸进油总管4的另一端连接有多根分别对应与多个液压油缸16的进油口连接的液压油缸进油支管5，所述液压油缸进油总管4上从连接液压油箱2到液压油缸进油支管5的方向依次连接有双向油泵68、电磁换向阀69和压力计7，位于电磁换向阀69和压力计7之间的一段液压油缸进油总管4上连接有接入液压油箱2的溢流管71，所述溢流管71上连接有溢流阀72；所述加卸压控制器18的输出端接有用于驱动双向油泵68的油泵驱动器21和用于驱动电磁换向阀69的电磁阀驱动器，所述双向油泵68与油泵驱动器21的输出端连接，所述电磁换向阀69与电磁阀驱动器的输出端连接。

本实施例中，如图1所示，所述支柱1上设置有用于固定连接两根X轴移动轨道27-1、两根Y轴移动轨道27-2和两根Z轴移动轨道27-3的第二螺孔，两根X轴移动轨道27-1、两根Y轴移动轨道27-2和两根Z轴移动轨道27-3通过穿入第二螺孔中的第二螺杆3和连接在第二螺杆3上的第二螺母与支柱1可拆卸连接。

具体实施时，所述第二螺孔的内径为12mm，所述第二螺杆3的直径为10mm。

本实施例中，如图1所示，两根所述X轴移动轨道27-1上均连接有X轴移动齿条，所述X轴地质雷达探测仪26-1安装在X轴地质雷达安装杆36-1上，所述X轴地质雷达安装杆36-1的两端均安装有X轴移动电机37-1，所述X轴移动电机的输出轴上固定连接有与X轴移动齿条相啮合的X轴移动齿轮；两根所述Y轴移动轨道27-2上均连接有Y轴移动齿条，所述Y轴地质雷达探测仪26-2安装在Y轴地质雷达安装杆36-2上，所述Y轴地质雷达安装杆36-2的两端均安装有Y轴移动电机37-2，所述Y轴移动电机37-2的输出轴上固定连接有与Y轴移动齿条相啮合的Y轴移动齿轮；两根所述Z轴移动轨道27-3上均连接有Z轴移动齿条，所述Z轴地质雷达探测仪26-3安装在Z轴地质雷达安装杆36-3上，所述Z轴地质雷达安装杆36-3的两端均安装有Z轴移动电机37-3，所述Z轴移动电机37-3的输出轴上固定连接有与Z轴移动齿条相啮合的Z轴移动齿轮。

本发明的覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验数据采集方法，包括以下步骤：

步骤一、将底座9连接在底板8底部，并将支柱1连接在底板8顶部；

步骤二、将第一相似材料模具14连接在底板8顶部，并与支柱1可拆卸连接；将相似材料置于第一相似材料模具14中；所述加卸载控制系统控制多个液压油缸16，对相似材料进行加压至满足试验要求；

步骤三、将第二相似材料模具13连接在第一相似材料模具14顶部，并与支柱1可拆卸连接；将相似材料置于第二相似材料模具13中；所述加卸载控制系统控制多个液压油缸16，对相似材料进行加压至满足试验要求；

步骤四、将第三相似材料模具12连接在第二相似材料模具13顶部，并与支柱1可拆卸连接；将相似材料置于第三相似材料模具12中；所述加卸载控制系统控制多个液压油缸16，对相似材料进行加压至满足试验要求；

步骤五、将第四相似材料模具11连接在第三相似材料模具12顶部，并与支柱1可拆卸连接；将相似材料置于第四相似材料模具11中；所述加卸载控制系统控制多个液压油缸16，对相似材料进行加压至满足试验要求；

步骤六、将第五相似材料模具10连接在第四相似材料模具11顶部，并与支柱1可拆卸连接；将相似材料置于第五相似材料模具10中；所述加卸载控制系统控制多个液压油缸16，对相似材料进行加压至满足试验要求；

本实施例中，步骤二至六中所述加卸载控制系统控制多个液压油缸16，对相似材料进行加压的具体过程为：按下加压控制按钮22，所述加卸压控制器18控制油泵驱动器21驱动双向油泵68打开，并控制电磁阀驱动器73驱动电磁换向阀69打开，液压油箱2中的液压油通过液压油缸进油总管4流入液压油缸进油支管5，再流入多个液压油缸16中，液压油缸16的活塞杆伸出，带动加卸压板17向下移动，对相似材料进行加压。

步骤七、依次拆卸下第五相似材料模具10、第四相似材料模具11、第三相似材料模具12、第二相似材料模具13和第一相似材料模具14；

步骤八、开启所述加卸载机构和所述裂隙发育监测机构，所述加卸载控制系统控制多个液压油缸16，对相似材料进行加压；所述裂隙发育监测控制系统控制X轴地质雷达探测仪26-1、Y轴地质雷达探测仪26-2和Z轴地质雷达探测仪26-3均匀移动，采集来自相似材料的反射波信号或投射波信号并将采集到的信号通过裂隙发育监测控制器29和裂隙发育监测通信模块34传输给监控计算机35。

具体实施时，在监控计算机35上安装

具体实施时，在监控计算机35通过采用地震勘探中已发展成熟的数据处理与显示方法对三个方向上的地质雷达探测仪采集的数据进行处理，不但能够探究覆岩材料受采动影响垮落运移规律，而且可以对覆岩材料破断岩块之间的裂隙发育特征进行全方位监测数据采集，覆岩垮落运移规律和覆岩破断岩块之间裂隙发育规律相互验证，克服了原有只能探究覆岩垮落运移规律相似模拟试验台的不足，提高了实验室尺度下运用相似模拟试验方法进行矿山岩体覆岩运动规律探究可靠性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验数据采集方法，其特征在于：包括支撑机构、加卸载机构，裂隙发育监测机构和监控计算机(35)，所述支撑机构包括底板(8)、连接在底板(8)底部的底座(9)和连接在底板(8)顶部的支柱(1)，所述底板(8)顶部从下到上设置有多层用于对相似材料进行成型以模拟覆岩破断岩块的相似材料模具，所述相似材料模具与支柱(1)可拆卸连接；

所述加卸载机构包括设置在所述相似材料模具上方且与支柱(1)固定连接的吊板(15)和均匀连接在吊板(15)底部的多个液压油缸(16)，以及为多个液压油缸(16)提供液压动力的液压系统和用于控制加卸载的加卸载控制系统，多个所述液压油缸(16)的活塞杆底部连接有用于将多个液压油缸(16)的压力均匀施加在模拟的覆岩破断岩块上的加卸压板(17)；所述加卸载控制系统包括加卸压控制器(18)，所述加卸压控制器(18)的输入端接有加卸载机构启动按钮(24)、加卸载机构关闭按钮(25)、加压控制按钮(22)和卸压控制按钮(23)，所述液压系统与加卸压控制器(18)的输出端连接；

所述裂隙发育监测机构包括X轴裂隙发育监测机构、Y轴裂隙发育监测机构、Z轴裂隙发育监测机构和裂隙发育监测控制系统，所述X轴裂隙发育监测机构包括竖直连接在支柱(1)上的两根X轴移动轨道(27-1)和能够在X轴移动电机(37-1)的带动下沿两根X轴移动轨道(27-1)上下移动的X轴地质雷达探测仪(26-1)，所述Y轴裂隙发育监测机构包括水平连接在支柱(1)上且位于所述支撑机构侧面的两根Y轴移动轨道(27-2)和能够在Y轴移动电机(37-2)的带动下沿两根Y轴移动轨道(27-2)前后移动的Y轴地质雷达探测仪(26-2)，所述Z轴裂隙发育监测机构包括水平连接在支柱(1)上且位于所述支撑机构顶部的两根Z轴移动轨道(27-3)和能够在Z轴移动电机(37-3)的带动下沿两根Z轴移动轨道(27-3)左右移动的Z轴地质雷达探测仪(26-3)；两根X轴移动轨道(27-1)、两根Y轴移动轨道(27-2)和两根Z轴移动轨道(27-3)均与支柱(1)可拆卸连接；所述裂隙发育监测控制系统包括裂隙发育监测控制器(29)，所述X轴地质雷达探测仪(26-1)、Y轴地质雷达探测仪(26-2)和Z轴地质雷达探测仪(26-3)均与裂隙发育监测控制器(29)的输入端连接，所述裂隙发育监测控制器(29)的输入端还接有裂隙发育监测机构启动按钮(31)、裂隙发育监测机构关闭按钮(32)、X轴移动控制按钮(30-1)、Y轴移动控制按钮(30-2)和Z轴移动控制按钮(30-3)，所述裂隙发育监测控制器(29)的输出端接有X轴电机驱动器(33-1)、Y轴电机驱动器(33-2)和Z轴电机驱动器(33-3)，所述X轴移动电机(37-1)与X轴电机驱动器(33-1)的输出端连接，所述Y轴移动电机(37-2)与Y轴电机驱动器(33-2)的输出端连接，所述Z轴移动电机(37-3)与Z轴电机驱动器(33-3)的输出端连接；

所述加卸压控制器(18)通过加卸压控制通信模块(19)与监控计算机(35)连接，所述裂隙发育监测控制器(29)通过裂隙发育监测通信模块(34)与监控计算机(35)连接；

所述底板(8)的形状为矩形，所述底座(9)的数量为四个且分别设置在底板(8)的四个角底部，所述支柱(1)的数量为四根且分别设置在底板(8)的四个角顶部；

所述相似材料模具的形状为由四块模板连接而成的顶部和底部均开口的立方体形，所述相似材料模具的层数为五层且从下到上依次为第一相似材料模具(14)、第二相似材料模具(13)、第三相似材料模具(12)、第四相似材料模具(11)和第五相似材料模具(10)；

其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将底座(9)连接在底板(8)底部，并将支柱(1)连接在底板(8)顶部；

步骤二、将第一相似材料模具(14)连接在底板(8)顶部，并与支柱(1)可拆卸连接；将相似材料置于第一相似材料模具(14)中；所述加卸载控制系统控制多个液压油缸(16)，对相似材料进行加压至满足试验要求；

步骤三、将第二相似材料模具(13)连接在第一相似材料模具(14)顶部，并与支柱(1)可拆卸连接；将相似材料置于第二相似材料模具(13)中；所述加卸载控制系统控制多个液压油缸(16)，对相似材料进行加压至满足试验要求；

步骤四、将第三相似材料模具(12)连接在第二相似材料模具(13)顶部，并与支柱(1)可拆卸连接；将相似材料置于第三相似材料模具(12)中；所述加卸载控制系统控制多个液压油缸(16)，对相似材料进行加压至满足试验要求；

步骤五、将第四相似材料模具(11)连接在第三相似材料模具(12)顶部，并与支柱(1)可拆卸连接；将相似材料置于第四相似材料模具(11)中；所述加卸载控制系统控制多个液压油缸(16)，对相似材料进行加压至满足试验要求；

步骤六、将第五相似材料模具(10)连接在第四相似材料模具(11)顶部，并与支柱(1)可拆卸连接；将相似材料置于第五相似材料模具(10)中；所述加卸载控制系统控制多个液压油缸(16)，对相似材料进行加压至满足试验要求；

步骤七、依次拆卸下第五相似材料模具(10)、第四相似材料模具(11)、第三相似材料模具(12)、第二相似材料模具(13)和第一相似材料模具(14)；

步骤八、开启所述加卸载机构和所述裂隙发育监测机构，所述加卸载控制系统控制多个液压油缸(16)，对相似材料进行加压；所述裂隙发育监测控制系统控制X轴地质雷达探测仪(26-1)、Y轴地质雷达探测仪(26-2)和Z轴地质雷达探测仪(26-3)均匀移动，采集来自相似材料的反射波信号或投射波信号并将采集到的信号通过裂隙发育监测控制器(29)和裂隙发育监测通信模块(34)传输给监控计算机(35)。

2.按照权利要求1所述的覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验数据采集方法，其特征在于：所述底板(8)的长度为3100mm、宽度为3100mm、厚度为50mm，所述支柱(1)的长度为30mm、宽度为30mm、高度为2000mm；所述第一相似材料模具(14)的长度为3000mm、宽度为3000mm、高度为200mm,所述第二相似材料模具(13)的长度为3000mm、宽度为3000mm、高度为50mm,所述第三相似材料模具(12)的长度为3000mm、宽度为3000mm、高度为150mm，所述第四相似材料模具(11)的长度为3000mm、宽度为3000mm、高度为200mm,所述第五相似材料模具(10)的长度为3000mm、宽度为3000mm、高度为200mm。

3.按照权利要求1所述的覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验数据采集方法，其特征在于：所述支柱(1)上设置有用于连接所述相似材料模具的第一螺孔，所述相似材料模具通过穿入第一螺孔中的第一螺杆(6)和连接在第一螺杆(6)上的第一螺母与支柱(1)可拆卸连接。

4.按照权利要求1所述的覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验数据采集方法，其特征在于：所述液压系统包括液压油箱(2)和一端与液压油箱(2)连接的液压油缸进油总管(4)，所述液压油缸进油总管(4)的另一端连接有多根分别对应与多个液压油缸(16)的进油口连接的液压油缸进油支管(5)，所述液压油缸进油总管(4)上从连接液压油箱(2)到液压油缸进油支管(5)的方向依次连接有双向油泵(68)、电磁换向阀(69)和压力计(7)，位于电磁换向阀(69)和压力计(7)之间的一段液压油缸进油总管(4)上连接有接入液压油箱(2)的溢流管(71)，所述溢流管(71)上连接有溢流阀(72)；所述加卸压控制器(18)的输出端接有用于驱动双向油泵(68)的油泵驱动器(21)和用于驱动电磁换向阀(69)的电磁阀驱动器(73)，所述双向油泵(68)与油泵驱动器(21)的输出端连接，所述电磁换向阀(69)与电磁阀驱动器(73)的输出端连接。

5.按照权利要求1所述的覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验数据采集方法，其特征在于：所述支柱(1)上设置有用于固定连接两根X轴移动轨道(27-1)、两根Y轴移动轨道(27-2)和两根Z轴移动轨道(27-3)的第二螺孔，两根X轴移动轨道(27-1)、两根Y轴移动轨道(27-2)和两根Z轴移动轨道(27-3)通过穿入第二螺孔中的第二螺杆(3)和连接在第二螺杆(3)上的第二螺母与支柱(1)可拆卸连接。

6.按照权利要求1所述的覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验数据采集方法，其特征在于：两根所述X轴移动轨道(27-1)上均连接有X轴移动齿条，所述X轴地质雷达探测仪(26-1)安装在X轴地质雷达安装杆(36-1)上，所述X轴地质雷达安装杆(36-1)的两端均安装有X轴移动电机(37-1)，所述X轴移动电机(37-1)的输出轴上固定连接有与X轴移动齿条相啮合的X轴移动齿轮；两根所述Y轴移动轨道(27-2)上均连接有Y轴移动齿条，所述Y轴地质雷达探测仪(26-2)安装在Y轴地质雷达安装杆(36-2)上，所述Y轴地质雷达安装杆(36-2)的两端均安装有Y轴移动电机(37-2)，所述Y轴移动电机(37-2)的输出轴上固定连接有与Y轴移动齿条相啮合的Y轴移动齿轮；两根所述Z轴移动轨道(27-3)上均连接有Z轴移动齿条，所述Z轴地质雷达探测仪(26-3)安装在Z轴地质雷达安装杆(36-3)上，所述Z轴地质雷达安装杆(36-3)的两端均安装有Z轴移动电机(37-3)，所述Z轴移动电机(37-3)的输出轴上固定连接有与Z轴移动齿条相啮合的Z轴移动齿轮。

7.按照权利要求1所述的覆岩破断岩块之间裂隙发育监测实验数据采集方法，其特征在于：步骤二至六中所述加卸载控制系统控制多个液压油缸(16)，对相似材料进行加压的具体过程为：按下加压控制按钮(22)，所述加卸压控制器(18)控制油泵驱动器(21)驱动双向油泵(68)打开，并控制电磁阀驱动器(73)驱动电磁换向阀(69)打开，液压油箱(2)中的液压油通过液压油缸进油总管(4)流入液压油缸进油支管(5)，再流入多个液压油缸(16)中，液压油缸(16)的活塞杆伸出，带动加卸压板(17)向下移动，对相似材料进行加压。

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