[實用新型]一種充填開采相似模擬實驗微觀裂隙測試系統

有效

• 申請號: 201220443955.0
• 申請日: 2012-08-31
• 公開（公告）號: CN202814926U
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 楊勝利;李小萌;林立;白亞光;汪昕;李佳
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 毛燕生

技術領域

本實用新型涉及地質監測技術領域，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。

背景技術

相似模擬實驗是依據相似定律（幾何相似、動力相似、運動相似），應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，上覆巖層的移動規律、礦壓顯現規律和底板破壞程度。但是現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變片監測頂底板的應力變化，無法對微觀裂隙進行實時監測，從而不能準確的模擬真實充填開采條件下的巖層移動規律和微觀裂隙變化。

一般在均勻的材料中，裂隙的存在將造成材料的不連續，這種不連續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的交界面上將會發生反射，反射回來的能量的大小與交界面兩邊介質聲阻抗的差異和交界面的取向、大小有關。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之間的交界面，交界面之間的聲阻抗不同，當發射的超聲波遇到這個界面之后，就會發生反射，反射回來的能量又被探頭接收到，在顯示屏幕中橫坐標的一定的位置就會顯示出來一個反射波的波形，橫坐標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。

超聲波在介質中傳播時，在不同質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。

超聲波測試主要通過探頭將返回來的聲波轉換成電脈沖，探頭控制超聲波的傳播方向和能量集中的程度，當改變探頭入射角或改變超聲波的擴散角時，可使聲波的主要能量按不同的角度射入介質內部或改變聲波的指向性，提高分辨率，能實現波型轉換，控制工作頻率，從而適用于不同的工作條件。

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中輻射，易于確定裂隙的位置。

超聲波的傳播能量大，如頻率為1MHZ（100赫茲）的超生波所傳播的能量，相當于振幅相同而頻率為1000HZ（赫茲）的聲波的100萬倍。

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。

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。

實用新型內容

本實用新型解決的技術問題在于提供結構簡單，性能可靠，使用方便，能夠實時監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。

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，包括模型鋪設框架、至少一個超聲波發生器、至少一個超聲波接收器、數據采集卡、超聲波測試儀、超聲波信號監測計算機、電源，所述模型鋪設框架由多層隔板構成，在所述模型鋪設框架側面相對位置設置若干對超聲波發生器和超聲波接收器，所述超聲波發生器、超聲波接收器通過線路連接數據采集卡，數據采集卡、超聲波信號測試儀、超聲波信號監測計算機之間順序連接,電源為其它部件提供能源。

進一步，作為優選，還包括試驗臺框架，模型鋪設框架置于試驗臺框架中，通過螺栓連接。

進一步，作為優選，還包括測試臺框架，超聲波測試儀、超聲波信號監測計算機放置在測試臺框架內。

由于本實用新型通過多對超聲波發生器、超聲波接收器對微觀裂縫進行測試，本實用新型具有結構簡單，性能可靠，使用方便，能夠實時監測充填過程中上覆巖層和底板中微裂隙發育和分布特點。

附圖說明

當結合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，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點，此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構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，并不構成對本實用新型的不當限定，其中：

圖1是本充填開采相似模擬實驗微裂隙測試系統側視圖。

圖2是本充填開采相似模擬實驗微裂隙測試系統試驗臺框架的正視圖。