本發(fā)明涉及一種仿真實(shí)驗(yàn)裝置，具體涉及一種地表仿真裝置及其實(shí)驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

在煤礦開采過程中，不可避免的出現(xiàn)大量采空區(qū)，造成地表沉降。由于煤礦開采導(dǎo)致的礦區(qū)地面沉陷、塌陷和山體開裂等地質(zhì)環(huán)境破壞及其誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害,己經(jīng)成為影響煤礦生產(chǎn)與安全、礦區(qū)陸面變化與生態(tài)環(huán)境,制約煤礦區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會可持續(xù)發(fā)展的重要因素。在采前對采煤沉陷進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)計(jì)，是限制開采、控制采煤沉陷的前提。如何及時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測地表的沉降狀況，掌握地表的變形規(guī)律變得尤為重要。建立實(shí)時(shí)監(jiān)測網(wǎng)獲取沉降量，發(fā)現(xiàn)沉降規(guī)律，掌握沉降動向是非常重要的。如果采用常規(guī)測量方法，由于監(jiān)測面積大，產(chǎn)生觀察距離長、工作量大、誤差積累嚴(yán)重、觀察周期長等嚴(yán)重問題，難以達(dá)到快速準(zhǔn)確監(jiān)測地表沉降的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種地表仿真裝置及其實(shí)驗(yàn)方法，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測樣品的變化，采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、存儲和顯示，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測地表沉降狀況的目的，以后由地表沉降造成的地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測提供科學(xué)依據(jù)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種地表仿真裝置，包括實(shí)驗(yàn)箱，實(shí)驗(yàn)箱中間設(shè)有樣品隔板，底部設(shè)有及探測器，外部一側(cè)設(shè)有齒條齒輪傳動組合，齒條齒輪傳動組合連接電機(jī)，電機(jī)上設(shè)有三維立體掃描儀，樣品隔板下端設(shè)有振動器，振動器、及探測器、電機(jī)、三維立體掃描儀由電腦控制。

所述的探測器在實(shí)驗(yàn)箱底部以圓形均勻分布，層數(shù)實(shí)驗(yàn)樣體尺寸決定，探測器內(nèi)部設(shè)有超聲波測距模塊。

所述的電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。

所述的樣品隔板采用軟性伸縮材料。

一種地表仿真實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，首先，實(shí)地探測礦區(qū)地質(zhì)狀態(tài)，環(huán)境狀態(tài)及地表振動移動情況，將地表情況采集數(shù)據(jù)并加以分析后制作仿真樣品，其次，將樣品放置在實(shí)驗(yàn)箱樣品隔板上，由于樣品隔板為軟性材料，不影響樣品的變形，通過電腦按照真實(shí)環(huán)境的相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)定程序，控制振動器模仿真實(shí)地表輕微振動，達(dá)到仿真的效果，再次，控制探測器向樣品隔板發(fā)射聲波并通過反射將距離變換情況的數(shù)據(jù)傳輸給電腦，同時(shí)控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，勻速上下移動，通過三維立體掃描儀將樣品的圖樣掃描并傳輸給電腦，最后，電腦將均勻分布的探測器傳輸上來的數(shù)據(jù)繪制成圖并記錄數(shù)據(jù)，并利用微超掃描分辨識別成像技術(shù)將三維立體掃描儀掃描的圖像形成像后記錄儲存，通過軟件將每個時(shí)間點(diǎn)記錄的圖像對比比較，分析出變化情況及變化數(shù)據(jù)，并記錄儲存留待研究變化規(guī)律。

本發(fā)明的有益效果是：

地表沉降變化是一個長期緩慢的過程，隨著時(shí)間的積累，通過本裝置采集到的數(shù)據(jù)是一個海量數(shù)據(jù)，通過大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，并通過計(jì)算機(jī)分析出來樣品的變化，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測地表沉降狀況的目的，為以后由地表沉降造成的地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測提供科學(xué)依據(jù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的探測器分布示意圖。

其中，1為實(shí)驗(yàn)箱；2為樣品隔板；3為振動器；4為探測器；5為電機(jī)；6為齒條齒輪傳動組合；7為三維立體掃描儀；8為電腦。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步敘述。

如圖1所示，一種地表仿真裝置，包括實(shí)驗(yàn)箱1，實(shí)驗(yàn)箱1中間設(shè)有樣品隔板2，底部設(shè)有及探測器4，外部一側(cè)設(shè)有齒條齒輪傳動組合6，齒條齒輪傳動組合6連接電機(jī)5，電機(jī)5上設(shè)有三維立體掃描儀7，樣品隔板2下端設(shè)有振動器3，振動器3、及探測器4、電機(jī)5、三維立體掃描儀7由電腦8控制。

所述的電機(jī)5為步進(jìn)電機(jī)。

所述的樣品隔板2采用軟性伸縮材料。

如圖2所示，所述的探測器3在實(shí)驗(yàn)箱底部以圓形均勻分布，層數(shù)實(shí)驗(yàn)樣體尺寸決定，探測器4內(nèi)部設(shè)有超聲波測距模塊。

一種地表仿真實(shí)驗(yàn)方法，首先，實(shí)地探測礦區(qū)地質(zhì)狀態(tài)，環(huán)境狀態(tài)及地表振動移動情況，將地表情況采集數(shù)據(jù)并加以分析后制作仿真樣品，其次，將樣品放置在實(shí)驗(yàn)箱樣品隔板上，由于樣品隔板為軟性材料，不影響樣品的變形，通過電腦按照真實(shí)環(huán)境的相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)定程序，控制振動器模仿真實(shí)地表輕微振動，達(dá)到仿真的效果，再次，控制探測器向樣品隔板發(fā)射聲波并通過反射將距離變換情況的數(shù)據(jù)傳輸給電腦，同時(shí)控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，勻速上下移動，通過三維立體掃描儀將樣品的圖樣掃描并傳輸給電腦，最后，電腦將均勻分布的探測器傳輸上來的數(shù)據(jù)繪制成圖并記錄數(shù)據(jù)，并利用微超掃描分辨識別成像技術(shù)將三維立體掃描儀掃描的圖像形成像后記錄儲存，通過軟件將每個時(shí)間點(diǎn)記錄的圖像對比比較，分析出變化情況及變化數(shù)據(jù)，并記錄儲存留待研究變化規(guī)律。

所述的可將通過微超掃描分辨識別成像技術(shù)所成的圖像經(jīng)過分層對比，或建立數(shù)學(xué)模型。