一種開採沉陷相似試驗模型裝置製造方法

2023-12-02 18:24:21 1

一種開採沉陷相似試驗模型裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種開採沉陷相似試驗模型裝置，包括容積可調立方容器、模型支架座、底板、條形縱梁、活動板組、滑移式雷射測距掃描儀和雷射掃描簡易裝置等。利用相似材料類比地下巖土進行試驗，可以根據不同開挖方案，通過拉開容器底板的活動板模擬開挖工序，誘導模型架中模擬巖土體塌陷。待塌陷休止，用配套的底部雷射掃描簡易裝置和頂部滑移式雷射測距掃描儀對地下空區頂板形態和模擬地表進行掃描，獲得三維坐標數據。在不接觸、不擾動結構/工程實體的情況下，實現同種試驗裝置一次試驗完成不同拉底方式、不同形態礦巖的模擬開採，全方位揭示誘導開採下空區頂板三維形態與覆巖地表沉陷過程，滿足了設計靈活、操作便捷、數據採集可控的需要。
【專利說明】一種開採沉陷相似試驗模型裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及工程試驗模型裝置，具體地說是一種開採沉陷相似試驗模型裝置。
【背景技術】
[0002]室內相似試驗基於相似理論與模型試驗，有效解決了實際礦床開採存在的影響因素複雜多變和開採過程不可逆等系列問題，成為工程研究中常用的研究手段與方法，可較好地模擬研究礦床開採引起的地表塌陷、巖層移動等地質災害現象和過程。現有的眾多相似試驗設備，在外荷載加載等方面具有優越性，但在不同拉底形狀和拉底順序及開挖後空區頂板冒落觀測與地層沉陷空間效應及沉陷規律等方面，卻存在明顯的不足，難以一次試驗實現不同拉底開採方式及同種試驗裝置適用不同形態礦巖的模擬開採等，操作過程繁瑣，觀測設備昂貴，難以廣泛推廣應用。
實用新型內容
[0003]為了實現在不接觸、不擾動結構/工程實體的情況下，全方位對誘導開採的空區頂板三維形態與覆巖地表沉陷過程的相似試驗模擬，本實用新型提供一種開採沉陷相似試驗模型裝置。
[0004]本實用新型的目的通過以下技術方案予以實現:一種開採沉陷相似試驗模型裝置，包括四面側板I圍成的可調立方容器、由條形橫梁4和承臺3構成的模型支架座、由活動板14和合頁13組成的活動板組、底板2、條形縱梁5、雷射掃描簡易裝置7和滑移式雷射測距掃描裝置6。
[0005]滑移式雷射測距掃描裝置6的頂部調角板18上板面固定連接著雷射測距儀19，頂部調角板18的底部中段前側邊通過合頁13鉸接在內側平行固定板17的頂端，頂部調角板18的底部中段後側邊與外側升降板15的頂端相接觸。內側平行固定板17、外側升降板15夾持著中間夾板16通過兩對螺栓21連接在一起。外側升降板15上設有兩條豎直平行的升降槽20。內側平行固定板17、中間夾板16的板面均設有螺栓孔。兩對螺栓21穿過內側平行固定板17螺栓孔、中間夾板16螺栓孔和外側升降板15的升降槽20通過螺母固定；雷射掃描簡易裝置7的導杆28為扁杆體，導杆28上設有滑槽31。導杆28的頂部一側設有一面板，且固定連接著雷射測距儀19。導杆28的頂端鉸接在立柱25上，立柱25的底部通過墊片30立設在平板狀圓形底座22中央。平板狀圓形底座22面板上設有360°圓周方位角刻度和萬向水平水準儀。立柱25下部徑向上設有指針，指針的指向與360°圓周方位角刻度相對應。立柱25中段一側設有量角器29，量角器29的中心鉸接著滑杆27的一端，滑杆27的另一端連接著滑動螺栓32，且通過蝶形螺母固定在導杆28腰部的滑槽31內。
[0006]側板I為長方形面板，側板I的板面上縱橫向分布著連接件膠粒孔組。側板I的板面上的連接件膠粒孔組分布為:縱向孔距為30cm排列3?4個孔，且縱向孔的起始列孔距側板I的底側邊為60cm ;橫向孔距為20cm排列2?3個孔，且橫向孔的起始列孔距側板I的一側邊為120cm ;側板I板面上距其板面一側邊3cm處縱向設有偏心輪孔9孔組，側邊的端面上縱向排列著連接杆孔10孔組。偏心輪孔9孔組與連接杆孔10孔組相對應，每個偏心輪孔9與對應的連接杆孔10垂直相通；縱向排列的連接杆孔10的孔距與側板I的板面上縱向分布著連接件膠粒孔的孔距對應相等。
[0007]底板2為方形板，底板2中央設有寬61cm、長62cm的矩形孔；活動板14為IOcmX IOcm的方塊小板。三片活動板14分別通過合頁13—字排列鉸接成活動板組。兩個鉸接在活動板組的合頁13的扇頁合口方向一致；前後兩條條形橫梁4平行地架設在左右縱向的承臺3上構成模型支架座。底板2設置在模型支架座的頂面。六對活動板組沿底板2矩形孔的兩條寬邊縱向排列，且通過合頁13鉸接在底板2上。所述合頁13的一扇頁面連接在活動板組上，另一扇頁面連接在底板2矩形孔的寬邊上。鉸接在活動板組的合頁扇頁的合口與鉸接在底板2的合頁扇頁的合口方向均向下。
[0008]條形橫梁4的底部設有六根條形縱梁5，每根條形縱梁5的兩端頭分別通過繩索固定前後條形橫梁4上。條形縱梁5中段分別對應與活動板組的活動板14相接觸。四面側板I通過三合一連接件連接圍成立方容器立設在模型支架座的頂面上。每面側板I側邊端面上的縱向排列的連接杆孔10對應著相鄰的側板I的板面上縱向的一組連接件膠粒孔。每個連接杆孔10內設有三合一連接件連接杆12，與之對應連接著的相鄰的側板I的板面上連接件膠粒孔內設有三合一連接件膠粒8，通過對應的偏心輪孔9內的三合一連接件偏心輪11固定連接在一起。
[0009]滑移式雷射測距掃描裝置6跨設在側板I上端邊上。滑移式雷射測距掃描裝置6的中間夾板16的厚度略大於側板I的厚度。滑移式雷射測距掃描裝置6的內側平行固定板17的內側面與側板I的內側面接觸，滑移式雷射測距掃描裝置6的外側升降板15的內側面與側板I的外側面接觸。雷射掃描簡易裝置7設置在模型支架座底部中央。
[0010]本實用新型的有益技術效果體現在以下方面:
[0011]1.便捷經濟的空區拉底結構設計，解決了一次試驗實現不同拉底方式的開採方案難題；
[0012]2.靈活多樣的容積可調結構設計，實現了同種試驗裝置適用不同形態礦巖的模擬開米；
[0013]3.人工可控的數據採集方式，避免了大量數據的後期繁瑣處理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型結構示意圖。
[0015]圖2模型支架座與條形縱梁連接示意圖。
[0016]圖3為容器側板結構示意圖。
[0017]圖4為圖3中側板三合一連接件連接位置開孔局部剖面圖。
[0018]圖5為三合一連接件結構圖。
[0019]圖6為容器底板空區拉底結構圖。
[0020]圖7為圖1的a向局部視圖。
[0021 ] 圖8為活動板組結構圖。
[0022]圖9為滑移式雷射測距掃描裝置結構示意圖。[0023]圖10為滑移式雷射測距掃描裝置與本實用新型的空間關係圖。
[0024]圖11為雷射掃描簡易裝置示意圖。
[0025]圖12為圖7中雷射掃描測點坐標計算原理圖。
[0026]圖13為圖8中雷射掃描測點坐標計算原理圖。
[0027]圖中序號:1側板、2底板、3承臺、4條形橫梁、5條形縱梁、6滑移式雷射測距掃描裝置、7雷射掃描簡易裝置、8三合一連接件膠粒、9偏心輪孔、10連接杆孔、11三合一連接件偏心輪、12三合一連接件連接杆、13合頁、14活動板、15外側升降板、16中間夾板、17內側平行固定板、18頂部調角板、19雷射測距儀、20升降槽、21螺栓、22平板狀圓形底座、23支腳、24萬向水平水準儀、25立柱、26指針、27滑杆、28導杆、29量角器、30墊片、31滑槽、32滑動螺栓。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖，通過實施案例對本實用新型作進一步地描述。
[0029]實施例:
[0030]參見圖1，一種開採沉陷相似試驗模型裝置，包括四面側板I圍成的可調立方容器、由條形橫梁4和承臺3構成的模型支架座、由活動板14和合頁13組成的活動板組、底板2、條形縱梁5、雷射掃描簡易裝置7和滑移式雷射測距掃描裝置6。
[0031]參見圖9、圖10。滑移式雷射測距掃描裝置6的頂部調角板18上板面固定連接著雷射測距儀19，頂部調角板18的底部中段前側邊通過合頁13鉸接在內側平行固定板17的頂端，頂部調角板18的底部中段後側邊與外側升降板15的頂端相接觸。內側平行固定板17、外側升降板15夾持著中間夾板16通過兩對螺栓21連接在一起。外側升降板15上設有兩條豎直平行的升降槽20。內側平行固定板17、中間夾板16的板面均設有螺栓孔。兩對螺栓21穿過內側平行固定板17螺栓孔、中間夾板16螺栓孔和外側升降板15的升降槽20通過螺母固定。
[0032]參見圖11，雷射掃描簡易裝置7的導杆28為扁杆體，導杆28上設有滑槽31。導杆28的頂部一側設有一面板，且固定連接著雷射測距儀19。導杆28的頂端鉸接在立柱25上，立柱25的底部通過墊片30立設在平板狀圓形底座22中央。平板狀圓形底座22面板上設有360°圓周方位角刻度和萬向水平水準儀。立柱25下部徑向上設有指針，指針的指向與360°圓周方位角刻度相對應。立柱25中段一側設有量角器29，量角器29的中心鉸接著滑杆27的一端，滑杆27的另一端連接著滑動螺栓32且通過蝶形螺母固定在導杆28腰部的滑槽31內。立柱25、滑杆27和導杆28形成一個活動可變形的三角形，通過滑動螺栓32沿滑槽31的移動，可改變雷射源點射線角度；導杆28上部設有雷射測距儀19，雷射測距儀19的發光點為雷射源點位置。
[0033]參見圖3，側板I為長方形面板，側板I的板面上縱橫向分布著連接件膠粒孔組。側板I的板面上的連接件膠粒孔組分布為:縱向孔距為30cm排列3?4個孔，且縱向孔的起始列孔距側板I的底側邊為60cm ;橫向孔距為20cm排列2?3個孔，且橫向孔的起始列孔距側板I的一側邊為120cm。側板I設置排列的幾列橫向孔，其目的是為了使由四面側板I圍成的立方容器的大小可方便調整。
[0034]參見圖4,側板I板面上距其板面一側邊3cm處縱向設有偏心輪孔9孔組,側邊的端面上縱向排列著連接杆孔10孔組。偏心輪孔9孔組與連接杆孔10孔組相對應，每個偏心輪孔9與對應的連接杆孔10垂直相通；縱向排列的連接杆孔10的孔距與側板I的板面上縱向分布著連接件膠粒孔的孔距對應相等。
[0035]參見圖1、圖6。底板2為方形板，底板2中央設有寬61cm、長62cm的矩形孔。
[0036]參見圖8，活動板14為IOcmX IOcm的方塊小板。三片活動板14分別通過合頁13一字排列鉸接成活動板組。兩個鉸接在活動板組的合頁13的扇頁合口方向一致。
[0037]參見圖2、圖6，前後兩條條形橫梁4平行地架設在左右縱向的承臺3上構成模型支架座。承臺3形狀為立方體結構，其高度不小於80cm，長度大於容器底板2長度，用以承放相似試驗模型架及條形橫梁4 ;條形橫梁4、條形縱梁5厚度不大於8cm，長度超過底板2長，其材質可為木質或型鋼。底板2設置在模型支架座的頂面。六對活動板組沿底板2矩形孔的兩條寬邊縱向排列，且通過合頁13鉸接在底板2上。所述合頁13的一扇頁面連接在活動板組上，另一扇頁面連接在底板2矩形孔的寬邊上。鉸接在活動板組的合頁扇頁的合口與鉸接在底板2的合頁扇頁的合口方向均向下。每組活動板可向兩側承臺分一次或多次向下打開。
[0038]參見圖2、圖7，條形橫梁4的底部設有六根條形縱梁5，每根條形縱梁5的兩端頭分別通過繩索固定前後條形橫梁4上。條形縱梁5中段分別對應與活動板組的活動板14相接觸，六根條形縱梁5分別用以承託底板2空區拉底結構的活動板14。參見圖1、圖3、圖
4、圖5。四面側板I通過三合一連接件連接圍成立方容器立設在模型支架座的頂面上。每面側板I側邊端面上的縱向排列的連接杆孔10對應著相鄰的側板I的板面上縱向的一組連接件膠粒孔。每個連接杆孔10內設有三合一連接件連接杆12，與對應連接著相鄰的側板I的板面上連接件膠粒孔內設有三合一連接件膠粒8，通過對應的偏心輪孔9內的三合一連接件偏心輪11固定連接在一起。
[0039]參見圖1，滑移式雷射測距掃描裝置6跨設在側板I上端邊上。滑移式雷射測距掃描裝置6的中間夾板16的厚度略大於側板I的厚度。滑移式雷射測距掃描裝置6的內側平行固定板17的內側面與側板I的內側面接觸，滑移式雷射測距掃描裝置6的外側升降板15的內側面與側板I的外側面接觸。側板I的底邊與側板I上端邊平行，通過手動可使滑移式雷射測距掃描裝置6整體沿側板I上端邊滑移；內側平行固定板17緊貼容器側板I內側，起確保裝置滑移面與容器側板I面平行的作用；頂部調角板18用合頁13與內側平行固定板17鉸接，與外側升降板15線面接觸，頂部調角板18頂面下側固定雷射測距儀19，通過調節外側升降板15高度，可改變頂部調角板18與水平面夾角，從而達到改變雷射側距儀19夾角的目的。雷射掃描簡易裝置7設置在模型支架座底部中央。
[0040]本實用新型的原理如下:
[0041](I)滑移式雷射測距掃描原理
[0042]參見圖12，根據說明書附圖，OAB⑶EFP共面(簡稱面0ΑΒ)。O點為頂部調角板18底面合頁13中心點，A點為O點在頂部調角板18底面與下側面交線的投影點，E為O點在側板I頂部水平面上的垂直投影點，B、F為O、E點在外側升降板15內側面上的垂直投影點，C為面OAB與外側升降板15頂部調角板18交線交點，D為雷射源點，P點為雷射測點，β為面OAB法線方位角；[0043]已知:CM= /, AD = s，PD=d , α為直接由量角器量出的夾角ZOCB , [θ°,360°J, C、A、D、P 繞 O 點旋轉，O 點坐標為(?=?.?),求 P 點坐標(υ,ζ)；
[0044]根據此題意，利用三角幾何理論即可求出雷射測點P坐標(U,ζ)如下:
[0045]
【權利要求】
1.一種開採沉陷相似試驗模型裝置，包括雷射掃描簡易裝置(7)、滑移式雷射測距掃描裝置出)；所述滑移式雷射測距掃描裝置出)的頂部調角板(18)上板面固定連接著雷射測距儀(19)，頂部調角板(18)的底部中段前側邊通過合頁(13)鉸接在內側平行固定板(17)的頂端，頂部調角板(18)的底部中段後側邊與外側升降板(15)的頂端相接觸；所述內側平行固定板(17)、外側升降板(15)夾持著中間夾板(16)通過兩對螺栓(21)連接在一起；所述外側升降板(15)上設有兩條豎直平行的升降槽(20);所述內側平行固定板(17)、中間夾板(16)的板面均設有螺栓孔；兩對螺栓(21)穿過內側平行固定板(17)螺栓孔、中間夾板(16)螺栓孔和外側升降板(15)的升降槽(20)通過螺母固定；所述雷射掃描簡易裝置(7)的導杆(28)為扁杆體，導杆(28)上設有滑槽(31);導杆(28)的頂部一側設有一面板，且固定連接著雷射測距儀(19);導杆(28)的頂端鉸接在立柱(25)上，立柱(25)的底部通過墊片(30)立設在平板狀圓形底座(22)中央；所述平板狀圓形底座(22)面板上設有360°圓周方位角刻度和萬向水平水準儀；所述立柱(25)下部徑向上設有指針，指針的指向與360°圓周方位角刻度相對應；所述立柱(25)中段一側設有量角器(29)，量角器(29)的中心鉸接著滑杆(27)的一端，滑杆(27)的另一端連接著滑動螺栓(32)且通過蝶形螺母固定在導杆(28)腰部的滑槽(31)內； 其特徵在於:還包括四面側板(I)圍成的可調立方容器、由條形橫梁(4)和承臺(3)構成的模型支架座、由活動板(14)和合頁(13)組成的活動板組、底板(2)和條形縱梁(5);所述側板(I)為長方形面板，側板(I)的板面上縱橫向分布著連接件膠粒孔組；所述側板(I)板面上距其板面一側邊3cm處縱向設有偏心輪孔(9)孔組，側邊的端面上縱向排列著連接杆孔(10)孔組；所述偏心輪孔(9)孔組與連接杆孔(10)孔組相對應，每個偏心輪孔(9)與對應的連接杆孔(10)垂直相通；所述縱向排列的連接杆孔(10)的孔距與側板(I)的板面上縱向分布著連接 件膠粒孔的孔距對應相等；所述底板(2)為方形板，底板(2)中央設有寬61cm、長62cm的矩形孔；所述活動板(14)為IOcmX IOcm的方塊小板；三片活動板(14)分別通過合頁(13) —字排列鉸接成活動板組；兩個鉸接在活動板組的合頁(13)的扇頁合口方向一致；前後兩條條形橫梁(4)平行地架設在左右縱向的承臺(3)上構成模型支架座；底板(2)設置在模型支架座的頂面；六對活動板組沿底板(2)矩形孔的兩條寬邊縱向排列，且通過合頁(13)鉸接在底板(2)上；所述合頁(13)的一扇頁面連接在活動板組上，另一扇頁面連接在底板(2)矩形孔的寬邊上；所述鉸接在活動板組的合頁扇頁的合口與鉸接在底板(2)的合頁扇頁的合口方向均向下；所述條形橫梁(4)的底部設有六根條形縱梁(5)，每根條形縱梁(5)的兩端頭分別通過繩索固定前後條形橫梁(4)上；條形縱梁(5)中段分別對應與活動板組的活動板(14)相接觸；所述四面側板(I)通過三合一連接件連接圍成立方容器立設在模型支架座的頂面上；所述每面側板(I)側邊端面上的縱向排列的連接杆孔(10)對應著相鄰的側板(I)的板面上縱向的一組連接件膠粒孔；所述每個連接杆孔(10)內設有三合一連接件連接杆(12)，與之對應連接著的相鄰的側板(I)的板面上連接件膠粒孔內設有三合一連接件膠粒(8)，通過對應的偏心輪孔(9)內的三合一連接件偏心輪(11)固定連接在一起；所述滑移式雷射測距掃描裝置(6)跨設在側板(I)上端邊上；所述滑移式雷射測距掃描裝置(6)的內側平行固定板(17)的內側面與側板(I)的內側面接觸，所述滑移式雷射測距掃描裝置(6)的外側升降板(15)的內側面與側板(I)的外側面接觸；所述雷射掃描簡易裝置(7)設置在模型支架座底部中央。
2.根據權利要求1所述的一種開採沉陷相似試驗模型裝置，其特徵在於:所述滑移式雷射測距掃描裝置(6)的中間夾板(16)的厚度大於側板(I)的厚度。
3.根據權利要求1所述的一種開採沉陷相似試驗模型裝置，其特徵在於:側板(I)的板面上的連接件膠粒孔組分布為:縱向孔距為30cm排列3~4個孔，且縱向孔的起始列孔距側板(I)的底側邊為60cm ;橫向孔距為20cm排列2~3個孔，且橫向孔的起始列孔距側板⑴的一側邊 為120cm。
【文檔編號】G01N33/24GK203745460SQ201420082976
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年2月26日 優先權日:2014年2月26日
【發明者】袁海平, 汪亦顯, 王斌, 陳水梅, 韓治勇 申請人:合肥工業大學