一种地表仿真装置及其实验方法与流程

本发明涉及一种仿真实验装置，具体涉及一种地表仿真装置及其实验方法。

背景技术：

在煤矿开采过程中，不可避免的出现大量采空区，造成地表沉降。由于煤矿开采导致的矿区地面沉陷、塌陷和山体开裂等地质环境破坏及其诱发的地质灾害,己经成为影响煤矿生产与安全、矿区陆面变化与生态环境,制约煤矿区经济、社会可持续发展的重要因素。在采前对采煤沉陷进行准确预计，是限制开采、控制采煤沉陷的前提。如何及时、准确地监测地表的沉降状况，掌握地表的变形规律变得尤为重要。建立实时监测网获取沉降量，发现沉降规律，掌握沉降动向是非常重要的。如果采用常规测量方法，由于监测面积大，产生观察距离长、工作量大、误差积累严重、观察周期长等严重问题，难以达到快速准确监测地表沉降的目的。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种地表仿真装置及其实验方法，通过实时监测样品的变化，采集数据，进行分析、存储和显示，实现实时监测地表沉降状况的目的，以后由地表沉降造成的地质灾害的预测提供科学依据。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种地表仿真装置，包括实验箱，实验箱中间设有样品隔板，底部设有及探测器，外部一侧设有齿条齿轮传动组合，齿条齿轮传动组合连接电机，电机上设有三维立体扫描仪，样品隔板下端设有振动器，振动器、及探测器、电机、三维立体扫描仪由电脑控制。

所述的探测器在实验箱底部以圆形均匀分布，层数实验样体尺寸决定，探测器内部设有超声波测距模块。

所述的电机为步进电机。

所述的样品隔板采用软性伸缩材料。

一种地表仿真实验方法，其特征在于，首先，实地探测矿区地质状态，环境状态及地表振动移动情况，将地表情况采集数据并加以分析后制作仿真样品，其次，将样品放置在实验箱样品隔板上，由于样品隔板为软性材料，不影响样品的变形，通过电脑按照真实环境的相关数据设定程序，控制振动器模仿真实地表轻微振动，达到仿真的效果，再次，控制探测器向样品隔板发射声波并通过反射将距离变换情况的数据传输给电脑，同时控制电机运转，匀速上下移动，通过三维立体扫描仪将样品的图样扫描并传输给电脑，最后，电脑将均匀分布的探测器传输上来的数据绘制成图并记录数据，并利用微超扫描分辨识别成像技术将三维立体扫描仪扫描的图像形成像后记录储存，通过软件将每个时间点记录的图像对比比较，分析出变化情况及变化数据，并记录储存留待研究变化规律。

本发明的有益效果是：

地表沉降变化是一个长期缓慢的过程，随着时间的积累，通过本装置采集到的数据是一个海量数据，通过大量实时数据存储到数据库中，并通过计算机分析出来样品的变化，实现实时监测地表沉降状况的目的，为以后由地表沉降造成的地质灾害的预测提供科学依据。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的探测器分布示意图。

其中，1为实验箱；2为样品隔板；3为振动器；4为探测器；5为电机；6为齿条齿轮传动组合；7为三维立体扫描仪；8为电脑。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步叙述。

如图1所示，一种地表仿真装置，包括实验箱1，实验箱1中间设有样品隔板2，底部设有及探测器4，外部一侧设有齿条齿轮传动组合6，齿条齿轮传动组合6连接电机5，电机5上设有三维立体扫描仪7，样品隔板2下端设有振动器3，振动器3、及探测器4、电机5、三维立体扫描仪7由电脑8控制。

所述的电机5为步进电机。

所述的样品隔板2采用软性伸缩材料。

如图2所示，所述的探测器3在实验箱底部以圆形均匀分布，层数实验样体尺寸决定，探测器4内部设有超声波测距模块。

一种地表仿真实验方法，首先，实地探测矿区地质状态，环境状态及地表振动移动情况，将地表情况采集数据并加以分析后制作仿真样品，其次，将样品放置在实验箱样品隔板上，由于样品隔板为软性材料，不影响样品的变形，通过电脑按照真实环境的相关数据设定程序，控制振动器模仿真实地表轻微振动，达到仿真的效果，再次，控制探测器向样品隔板发射声波并通过反射将距离变换情况的数据传输给电脑，同时控制电机运转，匀速上下移动，通过三维立体扫描仪将样品的图样扫描并传输给电脑，最后，电脑将均匀分布的探测器传输上来的数据绘制成图并记录数据，并利用微超扫描分辨识别成像技术将三维立体扫描仪扫描的图像形成像后记录储存，通过软件将每个时间点记录的图像对比比较，分析出变化情况及变化数据，并记录储存留待研究变化规律。

所述的可将通过微超扫描分辨识别成像技术所成的图像经过分层对比，或建立数学模型。