專利名稱：一種充填開采相似模擬實驗微觀裂隙測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種充填開采相似模擬實驗微觀裂隙測試系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及地質(zhì)監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉一種充填開采相似模擬實驗超聲波微觀裂隙測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
[0002]相似模擬實驗是依據(jù)相似定律(幾何相似、動力相似、運動相似)，應(yīng)用相似模擬材料模擬不同巖土問題的物理模擬實驗。充填開采相似模擬實驗屬于相似模擬的一種。充填開采相似模擬實驗是用相似材料模擬老頂、直接頂、煤層、充填體、直接底等巖層，從而能模擬充填開采條件下，上覆巖層的移動規(guī)律、礦壓顯現(xiàn)規(guī)律和底板破壞程度。但是現(xiàn)有的充填開采相似模擬實驗平臺只能從宏觀上觀測上覆巖層的移動和通過應(yīng)變片監(jiān)測頂?shù)装宓膽?yīng)力變化，無法對微觀裂隙進(jìn)行實時監(jiān)測，從而不能準(zhǔn)確的模擬真實充填開采條件下的巖層移動規(guī)律和微觀裂隙變化。[0003]一般在均勻的材料中，裂隙的存在將造成材料的不連續(xù)，這種不連續(xù)往往又造成聲阻抗的不一致，由反射定理我們知道，超聲波在兩種不同聲阻抗的介質(zhì)的交界面上將會發(fā)生反射，反射回來的能量的大小與交界面兩邊介質(zhì)聲阻抗的差異和交界面的取向、大小有關(guān)。譬如，在巖石中存在一個裂隙，由于這個裂隙的存在，造成了裂隙和巖石之間形成了一個不同介質(zhì)之間的交界面，交界面之間的聲阻抗不同，當(dāng)發(fā)射的超聲波遇到這個界面之后，就會發(fā)生反射，反射回來的能量又被探頭接收到，在顯示屏幕中橫坐標(biāo)的一定的位置就會顯示出來一個反射波的波形，橫坐標(biāo)的這個位置就是裂隙在被檢測材料中的深度。這個反射波的高度和形狀因不同的裂隙而不同，反映了裂隙的性質(zhì)。[0004]超聲波在介質(zhì)中傳播時，在不同質(zhì)界面上具有反射的特性，如遇到裂隙，裂隙的大小等于或大于超聲波波長時，則超聲波在裂隙上反射回來，超聲波測試儀可將反射波顯示出來；如裂隙的尺寸甚至小于波長時，聲波將繞過射線而不能反射。[0005]超聲波測試主要通過探頭將返回來的聲波轉(zhuǎn)換成電脈沖，探頭控制超聲波的傳播方向和能量集中的程度，當(dāng)改變探頭入射角或改變超聲波的擴(kuò)散角時，可使聲波的主要能量按不同的角度射入介質(zhì)內(nèi)部或改變聲波的指向性，提高分辨率，能實現(xiàn)波型轉(zhuǎn)換，控制工作頻率，從而適用于不同的工作條件。[0006]超聲波的方向性好，頻率越高，方向性越好，以很窄的波束向介質(zhì)中輻射，易于確定裂隙的位置。[0007]超聲波的傳播能量大，如頻率為IMHZ (100赫茲)的超生波所傳播的能量，相當(dāng)于振幅相同而頻率為1000HZ (赫茲)的聲波的100萬倍。[0008]此外，使用超聲波探測靈敏度高、周期短、成本低、靈活方便、效率高，對人體無害。[0009]但是使用超聲波測試上覆巖層及地板中微裂隙也存在若干問題。例如，只有富有經(jīng)驗的檢驗人員才能辨別裂隙、對裂隙沒有直觀性，而且超聲波的擴(kuò)散傳播距離增加，波束截面愈來愈大，單位面積上的能量減少，不利于反射波的接收。實用新型內(nèi)容[0010]本實用新型解決的技術(shù)問題在于提供結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，使用方便，能夠?qū)崟r監(jiān)測開采和充填過程中上覆巖層和底板中微裂隙演化的測試系統(tǒng)。[0011]為了解決以上問題，本實用新型提供了一種充填開采相似模擬實驗微觀裂隙測試系統(tǒng)，包括模型鋪設(shè)框架、至少一個超聲波發(fā)生器、至少一個超聲波接收器、數(shù)據(jù)采集卡、超聲波測試儀、超聲波信號監(jiān)測計算機、電源，所述模型鋪設(shè)框架由多層隔板構(gòu)成，在所述模型鋪設(shè)框架側(cè)面相對位置設(shè)置若干對超聲波發(fā)生器和超聲波接收器，所述超聲波發(fā)生器、 超聲波接收器通過線路連接數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡、超聲波信號測試儀、超聲波信號監(jiān)測計算機之間順序連接，電源為其它部件提供能源。[0012]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，還包括試驗臺框架，模型鋪設(shè)框架置于試驗臺框架中，通過螺栓連接。[0013]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，還包括測試臺框架，超聲波測試儀、超聲波信號監(jiān)測計算機放置在測試臺框架內(nèi)。[0014]由于本實用新型通過多對超聲波發(fā)生器、超聲波接收器對微觀裂縫進(jìn)行測試，本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，使用方便，能夠?qū)崟r監(jiān)測充填過程中上覆巖層和底板中微裂隙發(fā)育和分布特點。


[0015]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時，通過參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本實用新型以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點，此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本實用新型的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當(dāng)限定，其中[0016]圖I是本充填開采相似模擬實驗微裂隙測試系統(tǒng)側(cè)視圖。[0017]圖2是本充填開采相似模擬實驗微裂隙測試系統(tǒng)試驗臺框架的正視圖。[0018]附圖中1、試驗臺框架；2、測試臺框架；3、超聲波發(fā)生器；4、超聲波接收器；5、數(shù)據(jù)采集卡；6、超聲波測試儀；7、超聲波信號監(jiān)測計算機；8、加強筋板；9、電源線；10、模型鋪設(shè)框架；11、充填支架；12、煤層底板巖層；13、煤層；14、上覆巖層。
具體實施方式
[0019]以下參照圖對本實用新型的實施例進(jìn)行說明。[0020]為使上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。[0021]如圖1、2所示，一種充填開采相似模擬實驗微觀裂隙測試系統(tǒng)，包括模型鋪設(shè)框架10、至少一個超聲波發(fā)生器3、至少一個超聲波接收器4、數(shù)據(jù)采集卡5、超聲波測試儀6、 超聲波信號監(jiān)測計算機7、電源9、充填支架11，煤層底板巖層12、煤層13、上覆巖層14均按照相似比例由相似模擬材料鋪設(shè)而成，所述模型鋪設(shè)框架10由多層隔板構(gòu)成，在所述模型鋪設(shè)框架10側(cè)面相對位置設(shè)置若干對超聲波發(fā)生器3、超聲波接收器4，所述超聲波發(fā)生器 3通過線路連接數(shù)據(jù)采集卡5，數(shù)據(jù)采集卡5、超聲波信號測試儀6、超聲波信號監(jiān)測計算機 7之間順序連接，電源9為其它部件提供能源。還包括試驗臺框架1，模型鋪設(shè)框架10置于試驗臺框架I中，通過螺栓連接。還包括測試臺框架2，超聲波測試儀6、超聲波信號監(jiān)測計算機7放置在測試臺框架2內(nèi)。試驗臺框架I由上下兩個框架通過螺栓連接構(gòu)成，實驗臺框架I有若干加強筋板8。[0022]本實用新型的充填開采相似模擬實驗微裂隙測試系統(tǒng)具體工作時，依據(jù)相似理論，用沙土，水泥，水等材料按照一定比例分別制備對應(yīng)研究巖性的相似材料，然后將相似材料水平鋪設(shè)在試驗臺框架上，鋪設(shè)過程中在要監(jiān)測的關(guān)鍵部位兩側(cè)設(shè)立標(biāo)識點。當(dāng)模型滿足開挖條件時，進(jìn)行模擬挖掘，并實時監(jiān)測對應(yīng)監(jiān)測部位的超聲波變化，以此來研究頂?shù)装宓奈⒘严堆莼?guī)律。[0023]如上所述，對本實用新型的實施例進(jìn)行了詳細(xì)地說明，但是只要實質(zhì)上沒有脫離本實用新型的發(fā)明點及效果可以有很多的變形，這對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此，這樣的變形例也全部包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.ー種充填開采相似模擬實驗微觀裂隙測試系統(tǒng)，其特征在于，包括模型鋪設(shè)框架(10)、至少ー個超聲波發(fā)生器(3)、至少ー個超聲波接收器(4)、數(shù)據(jù)采集卡(5)、超聲波測試儀(6)、超聲波信號監(jiān)測計算機(7)、電源(9)，所述模型鋪設(shè)框架(10)由多層隔板構(gòu)成，在所述模型鋪設(shè)框架(10)側(cè)面相對位置設(shè)置若干對超聲波發(fā)生器(3)、超聲波接收器(4)，所述超聲波發(fā)生器(3)通過線路連接數(shù)據(jù)采集卡(5)，超聲波接收器(4)、數(shù)據(jù)采集卡(5)、超聲波信號測試儀(6)、超聲波信號監(jiān)測計算機(7)之間順序連接，電源(9)為其它部件提供能源。
2.如權(quán)利要求I所述充填開采相似模擬實驗微觀裂隙測試系統(tǒng)，其特征在于，還包括試驗臺框架(I)，模型鋪設(shè)框架(10)置于試驗臺框架(I)中，通過螺栓連接。
3.如權(quán)利要求I至2任意一項所述充填開采相似模擬實驗微觀裂隙測試系統(tǒng)，其特征在于，還包括測試臺框架(2)，超聲波測試儀(6)、超聲波信號監(jiān)測計算機(7)放置在測試臺框架(2)內(nèi)。
專利摘要本實用新型提供了一種充填開采相似模擬實驗微觀裂隙測試系統(tǒng)，包括模型鋪設(shè)框架、至少一個超聲波發(fā)生器、至少一個超聲波接收器、數(shù)據(jù)采集卡、超聲波測試儀、超聲波信號監(jiān)測計算機、電源，模型鋪設(shè)框架由多層隔板構(gòu)成，在模型鋪設(shè)框架側(cè)面相對位置超聲波標(biāo)識點處設(shè)置若干對超聲波發(fā)生器和超聲波接收器，超聲波發(fā)生器通過線路連接數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡、超聲波信號測試儀、超聲波信號監(jiān)測計算機之間順序連接,電源為其它部件提供能源。本裝置能夠?qū)崟r監(jiān)測并輸出相似模擬實驗材料內(nèi)部裂隙的程度，其良好的方向性易于向介質(zhì)中輻射從而確定裂隙的位置。
文檔編號G01N29/04GK202814926SQ20122044395
公開日2013年3月20日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者楊勝利, 李小萌, 林立, 白亞光, 汪昕, 李佳 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)