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专利号: 2020106906388
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种煤柱坝体累积损伤演化综合实验装置,其特征在于,包括:实验平台;

煤矿地下水库单元,其置于实验平台中,模拟目标区域的地质环境;

多场信息生成单元,其置于煤矿地下水库单元中,对煤矿地下水库单元施加静载、动载和水浸场景;

信息交互单元,其置于实验平台中,采集并传递各场景下产生的数据信息;

可视化数据处理分析单元,其与信息交互单元信号连接,接收信息交互单元采集传递的数据,分析处理后显示在智能终端设备上;

所述实验平台由顶板、左边板、底板和右边板依次对接组成;

所述煤矿地下水库单元包括模拟目标区域地质环境生成的开采工作面、采空区、煤柱坝体和人工坝体;

所述信息交互单元包括:

应力传感器,其接受并传递应力信息;

位移传感器,其接受并传递位移信息;

渗压传感器,其接受并传递渗压信息;

流量监测计,其设于外部注水管和内部注水管上,监测流量信息;

全景照相机,其设于实验平台上方;

激光定位仪,其设于实验平台一侧;

红外成像仪,其设于实验平台另一侧;

所述煤矿地下水库单元自上而下设有三处水平布置的监测层,依次为含水层监测层、隔水层监测层和煤柱坝体渗压‑应力‑位移监测层;

所述含水层监测层中部布置单条测线,若干渗压传感器布置于测线上,相邻渗压传感器间布置距离自测线中点至两端逐渐递增;

所述隔水层监测层中部布置两条测线,一条测线为渗压测线,其上布置若干渗压传感器,另一条测线为位移测线,其上布置若干位移传感器;所述渗压测线靠近外部注水管一侧均布若干渗压传感器,所述渗压测线远离外部注水管一侧相邻渗压传感器间布置距离自测线中点至两端逐渐递增;所述位移测线上相邻位移传感器间布置距离自测线中点至两端逐渐递增;

所述煤柱坝体渗压‑应力‑位移监测层中部布置三条测线,应力传感器、位移传感器和渗压传感器交替布置在各测线处的各煤柱坝体上;测线外的煤柱坝体渗压‑应力‑位移监测层上还布置有渗压传感器,其布置在远离左边板和右边板的煤柱坝体上。

2.根据权利要求1所述的一种煤柱坝体累积损伤演化综合实验装置,其特征在于,所述多场信息生成单元包括:

静态液压施加模块,其包括布置于顶板的液压千斤顶,对煤矿地下水库单元施加静载;

动态振动生成模块,其包括布置于煤柱坝体中的多频线性振动马达,对煤矿地下水库单元施加动载;

可控注水模块,其包括外部注水管、内部注水管和水阀开关,外部注水管配合水阀开关对煤矿地下水库单元上方注水,内部注水管配合水阀开关对采空区注水。

3.根据权利要求2所述的一种煤柱坝体累积损伤演化综合实验装置,其特征在于:所述多场信息生成单元还包括搭载于智能终端设备的操作模块,用于控制静态液压施加模块、动态振动生成模块和可控注水模块的启动停止。

4.根据权利要求2所述的一种煤柱坝体累积损伤演化综合实验装置,其特征在于:所述外部注水管和内部注水管配合水阀开关能进行抽水动作。

5.根据权利要求2所述的一种煤柱坝体累积损伤演化综合实验装置,其特征在于:每个煤柱坝体中布置五个多频线性振动马达,按照二排五眼的方式布置在一水平面上。

6.一种基于权利要求1所述 的煤柱坝体累积损伤演化综合实验装置的实验方法,其特征在于,步骤如下:

A、多场耦合模拟

a1、静载模拟:在智能终端设备的操作模块上控制静态液压施加模块启动,使液压千斤顶对煤矿地下水库单元施加静载液压,在智能终端设备的操作模块上控制可控注水模块启动,使外部注水管对煤矿地下水库单元的上方注水,施加静载水压;

a2、动载模拟:在智能终端设备的操作模块上控制动态振动生成模块启动,使多频线性振动马达对煤柱坝体施加动载;

a3、水浸模拟:在智能终端设备的操作模块上控制可控注水模块启动,使内部注水管对煤矿地下水库单元的内部注水;

B、信息采集

b1、布置于含水层监测层、隔水层监测层和煤柱坝体渗压‑应力‑位移监测层的各传感器采集对应信息并传递到可视化数据处理分析单元中;

b2、布置于煤矿地下水库单元外的全景照相机、激光定位仪和红外成像仪采集对应信息并传递到可视化数据处理分析单元中;

C、数据呈现

可视化数据处理分析单元分析接受的数据,并将分析结果呈现在智能终端设备上。