[发明专利]一种室内覆岩离层变形探测装置及其评价方法

说明书

本发明涉及岩石变形探测技术领域，公开了一种室内覆岩离层变形探测装置及其评价方法，装置包括：煤层底板、煤层、岩层相似材料、重力加载装置、多块薄型钢板、多个勾形装置、多个应变片、多个位移计、摄像机、数据处理装置和计算机，多块薄型钢板设置在岩层相似材料中的各关键层及其下方的岩层之间，多个应变片和多个位移计分别通过导线与数据处理装置相连接；计算机用于对重力加载装置的重力、数据处理装置接收的实时数据和摄像机的记录进行分析，得出岩层相似材料的极限抗拉强度，这种室内覆岩离层变形探测装置及其评价方法，可直接求出岩层的抗拉强度，可评价本装置的应用效果，相对难度较低，便于实现，有一定的指导意义。

技术领域

本发明涉及岩石变形探测技术领域，特别涉及一种室内覆岩离层变形探测装置及其评价方法。

背景技术

地下煤炭开采后，矿区上覆岩体原有的应力平衡遭到破坏，使岩体产生变形、位移和破坏，随着开采范围的不断增加，这种影响将发展到地面，使地表跟着移动、变形、塌陷。覆岩移动破坏过程包括四个阶段，即变形阶段、离层阶段、断裂阶段、垮落阶段。在上述四个阶段中，离层阶段在开采沉陷过程中起到了关键作用，离层的产生标志着采空区空间在覆岩中得到转移。并且不同位置覆岩破坏程度不同，以采空区顶板破坏最为严重，地表下部岩体基本只处于变形阶段，由下至上这种破坏程度逐渐减轻，引起这一现象的主要原因是由于离层的产生。所以在研究开采沉陷规律时，有必要对采动覆岩离层发展和演化规律做进一步研究。

在覆岩移动过程中，覆岩各层岩体力学性质，层厚等因素会对其产生极大的影响。在对各岩石力学参数研究的过程中，由于相关地质条件的限制等原因，一直以来对拉应力作用下岩石的力学特性研究相对较少。现有技术主要是通过岩石试件来研究岩石的抗拉强度，通常采用巴西圆盘劈裂试验测得，对采动影响下发生离层时整个岩层的极限抗拉强度的相关研究较少，巴西圆盘劈裂试验测出的值也存在很大的误差。而对于整个岩层的极限抗拉强度研究，需要寻求新的技术方法，使能够更加直观的体现出离层时岩层的力学破坏过程，这将对于实际开采更具指导意义。

发明内容

本发明提供一种室内覆岩离层变形探测装置及其评价方法，可以解决现有技术中的上述问题。

本发明提供了一种室内覆岩离层变形探测装置，包括：煤层底板、煤层、岩层相似材料、重力加载装置、多块薄型钢板、多个勾形装置、多个应变片、多个位移计、摄像机、数据处理装置和计算机，煤层设置在煤层底板上，岩层相似材料设置在煤层的上方，重力加载装置设置在岩层相似材料的上方，多块薄型钢板设置在岩层相似材料中的各关键层及其下方的岩层之间，薄型钢板的长和宽与岩层相似材料的长和宽相同，每块薄型钢板上均固定有多个勾形装置，薄型钢板通过勾形装置与岩层相似材料相固定，使薄型钢板与岩层相似材料同步运动；每块薄型钢板上均安装有多个应变片，应变片用于测量岩层从下沉到贯通裂隙或破断时应变的数值，多个位移计用于检测岩层发生扰动下沉的变形量；多个应变片和多个位移计分别通过导线与数据处理装置相连接；所述摄像机用于记录煤层的开挖程度与岩层相似材料的下沉状况；数据处理装置用于接收多个应变片和多个位移计的实时数据，计算机用于对重力加载装置的重力、数据处理装置接收的实时数据和摄像机的记录进行分析，得出岩层相似材料的极限抗拉强度。

所述岩层相似材料包括由下而上依次设置的直接顶，基本顶和交错设置的多个岩层和多个关键层，交错设置的多个岩层和多个关键层多个岩层和多个关键层包括由下而上依次设置的岩层一，关键层一，岩层二，关键层二，岩层三，关键层三和松散层，所述薄型钢板为三块，包括薄型钢板一、薄型钢板二和薄型钢板三，薄型钢板一设置在岩层一与关键层一之间，薄型钢板二设置在岩层二与关键层二之间，薄型钢板三设置在岩层三与关键层三之间，所述位移计为四个，包括第一位移计、第二位移计、第三位移计和第四位移计，第一位移计位于岩层一的底部，第二位移计位于关键层一的底部，第三位移计位于关键层二的底部，第四位移计位于关键层三的底部。

所述的多块薄型钢板，相邻两块之间通过弹性绳连接，所述应变片布置于该薄型钢板之下，位于薄型钢板的中间和两侧。