[发明专利]一种全息投影数值化模拟实验台及应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种全息投影数值化模拟实验台、以及应用所述试验台的方法。

背景技术

理论分析、数值模拟、相似物理模拟是分析处理地质矿产开发问题中常用手段，其中相似物理模拟可真实再现矿层赋存及开挖引起的地质变动概况，然而其缺点是普通三维模拟实验台可视化效果差，无法观察到模型内部变化情况。基于上述情况，迫切需要一种全息投影数值化模拟实验台，实现实时显示物理模型模拟过程中其对应应力场、裂隙场、渗流场变动情况，三维数值化、可视化矿山开采扰动灾害，为科研研究及矿山地质灾害预防提供可靠资料。

发明内容

本发明实施例的目的在于提出一种全息投影数值化模拟实验台，通过建模机构中透明模板构建物理模型，然后拆除透明模板利用迁移马达带动底托沿滑轨将模型运至扫描加载机构内，扫描加载机构在中央服务器控制下进行固体加载、液体加载、矿层回采、X射线扫描、全息投影及数据处理分析，在建模机构及加载扫描机构配合作用下，实现物理模型的三维数值化、可视化分析，为科研研究及矿山灾害预防提供有效数据信息。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种全息投影数值化模拟实验台，包括：

建模机构，包括滑轨、透明模板、底托、迁移马达、应力片、孔隙压力计、输液微管、煤层模拟材料，所述底托通过迁移马达与滑轨齿动连接，所述透明模板置于底托上部四周边缘，所述煤层模拟材料置于透明模板围成的内部空间内，所述应力片、孔隙压力计、输液微管置于透明模板围成的内部空间内；

加载扫描机构，包括X射线发射器、X射线接收器、承载密封板、连通孔、液压千斤顶、加载板、滑槽、废液池、全息投影显示器、投影罩、数据线、排液管、油压管、阀门、液压计、加压泵、溶解液管路、溶解液、输水管、储液池、总线、中央服务器，所述加载板设置有滑槽、连通孔、X射线发射器、X射线接收器，且其外侧通过滑槽与液压千斤顶横向滑动连接，所述液压千斤顶通过油压管分别与阀门、加压泵、储液池连通，其外端与承载密封板固接，所述连通孔根据实验要求依次分别与溶解液管路、输水管及阀门、加压泵、储液池连通，所述溶解液通过溶解液管路进入连通孔，所述X射线接收器通过数据线与全息投影显示器相连，所述投影罩置于全息投影显示器上部，所述废液池通过排液管与连通孔连接，所述中央服务器通过总线分别与加压泵、X射线发射器、全息投影显示器相连。

优选地，所述底托利用迁移马达齿动连接滑轨，带动模型至加载扫描机构内。

优选地，所述煤层模拟材料可与溶解液发生反应并生成废液，废液通过排液管排至废液池。

优选地，所述加载板置有X射线发射器的一侧为梯形透明板，置有X射线接收器的为矩形透明板，内部置有连通孔，外侧通过滑槽与液压千斤顶横向滑动连接，各加载板间为螺旋排列。

优选地，所述X射线发射器置于加载板内并通过滑轨往返式滑移，其外端与中央服务器连接。

优选地，所述X射线接收器置于加载板内并通过滑轨与X射线发射器对应往返滑移，其外端通过数据线与全息投影显示器连接。

优选地，所述承载密封板为宽厚铅板形成密封洞室，内部四周固定液压千斤顶。

优选地，所述全息投影显示器与投影罩配合形成模型投影图案。

本发明还提出了一种全息投影数值化模拟实验台应用方法，应用上述实验台，其包括如下实验步骤：

a、根据实验要求搭建透明模板至实验尺寸，铺设相似模拟材料同时均匀埋设孔隙压力计、应力片、输液微管，完毕拆除透明模板；

b、中央服务器控制下迁移马达沿滑轨带动底托将相似模型运至加载扫描机构，准备加载扫描；

c、关闭承载密封板，中央服务器控制加压泵，利用液压千斤顶、连通孔分别进行固体加压、液体加压还原原始固、液应力环境；

d、中央服务器控制加压泵通过溶解液管路、连通孔向模型内注入溶解液溶解煤层模拟材料，进行煤层回采模拟，同时开启X射线发射器及X射线接收器进行模型的实时扫描及中央服务器的实时应力分析，并将扫描数据、应力分析数据传输至全息投影显示器，最终在投影罩配合下形成实时全息投影模型投影图案，实时显示应力场、裂隙场、渗流场变化；e、中央服务器实时记录保存并分析实验中的应力场、裂隙场、渗流场数据；

f、实验完毕，中央服务器控制下卸压卸流，打开承载密封板，迁移出相似模型，清理清洗模拟实验台，并妥善保存。

与传统三维模拟实验台相比，本发明具有如下优点：