[發(fā)明專利]一種煤巖滲流演化規(guī)律測(cè)量裝置與方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711030070.1
• 申請(qǐng)日: 2017-10-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107817203B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙栓峰;王文波;郭衛(wèi)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N15/08
• 分類號(hào): G01N15/08;G01N27/04
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所 61213
• 代理人: 譚文琰

1.一種煤巖滲流演化規(guī)律測(cè)量裝置，其特征在于：包括煤巖電阻率測(cè)量裝置(3)、2N個(gè)測(cè)量電極(2)、對(duì)2N個(gè)所述測(cè)量電極(2)進(jìn)行支撐的電極支撐機(jī)構(gòu)和帶動(dòng)所述電極支撐機(jī)構(gòu)進(jìn)行上下升降的電動(dòng)升降機(jī)構(gòu)，所述電動(dòng)升降機(jī)構(gòu)與所述電極支撐機(jī)構(gòu)之間進(jìn)行傳動(dòng)連接，所述電極支撐機(jī)構(gòu)套裝在被測(cè)試件(5)外側(cè)；其中，N為正整數(shù)且N≥6；所述電極支撐機(jī)構(gòu)包括上支撐環(huán)(1)、位于上支撐環(huán)(1)正下方的下支撐環(huán)(4)和將上支撐環(huán)(1)與下支撐環(huán)(4)緊固連接為一體的連接結(jié)構(gòu)，所述上支撐環(huán)(1)與下支撐環(huán)(4)均呈水平布設(shè)且二者均為套裝在被測(cè)試件(5)外側(cè)的圓環(huán)，所述上支撐環(huán)(1)與下支撐環(huán)(4)均與被測(cè)試件(5)呈同軸布設(shè)，所述被測(cè)試件(5)為呈豎直向布設(shè)的圓柱形試件，所述上支撐環(huán)(1)和下支撐環(huán)(4)的內(nèi)徑均大于被測(cè)試件(5)的直徑；2N個(gè)所述測(cè)量電極(2)沿圓周方向呈均勻布設(shè)，2N個(gè)所述測(cè)量電極(2)分兩組進(jìn)行布設(shè)，兩組所述測(cè)量電極(2)分別布設(shè)在上支撐環(huán)(1)和下支撐環(huán)(4)上，每組所述測(cè)量電極(2)均包括N個(gè)沿圓周方向均勻布設(shè)的測(cè)量電極(2)，每組所述測(cè)量電極(2)中的N個(gè)所述測(cè)量電極(2)均位于同一水平面上；兩組所述測(cè)量電極(2)中的測(cè)量電極(2)呈交錯(cuò)布設(shè)；所述上支撐環(huán)(1)和下支撐環(huán)(4)上均設(shè)置有N個(gè)對(duì)測(cè)量電極(2)進(jìn)行前后移動(dòng)的電動(dòng)移動(dòng)座(6)，N個(gè)所述電動(dòng)移動(dòng)座(6)沿圓周方向均勻布設(shè)于同一水平面上，每個(gè)所述測(cè)量電極(2)均安裝于一個(gè)所述電動(dòng)移動(dòng)座(6)上；

還包括供被測(cè)試件(5)放置的水平托臺(tái)(7)和向被測(cè)試件(5)注水的注水裝置，所述注水裝置包括水箱、與所述水箱的出水口連接的注水管和安裝在所述注水管上的流量調(diào)節(jié)閥與水泵，所述注水管的注水口位于被測(cè)試件(5)的正上方；所述流量調(diào)節(jié)閥和所述水泵均由上位監(jiān)控機(jī)(8)進(jìn)行控制且二者均與上位監(jiān)控機(jī)(8)連接；

所述電動(dòng)升降機(jī)構(gòu)和電動(dòng)移動(dòng)座(6)均由上位監(jiān)控機(jī)(8)進(jìn)行控制且二者均與上位監(jiān)控機(jī)(8)連接；

所述煤巖電阻率測(cè)量裝置(3)包括激勵(lì)源(3-1)、控制器(3-2)和壓差測(cè)量單元(3-3)，2N個(gè)所述測(cè)量電極(2)中任意相鄰兩個(gè)所述測(cè)量電極(2)均與激勵(lì)源(3-1)連接并組成一個(gè)激勵(lì)電路，2N個(gè)所述測(cè)量電極(2)與激勵(lì)源(3-1)組成2N個(gè)所述激勵(lì)電路，2N個(gè)所述激勵(lì)電路均由控制器(3-2)進(jìn)行通斷控制，2N個(gè)所述激勵(lì)電路均與控制器(3-2)連接；

2N個(gè)所述測(cè)量電極(2)中任意相鄰兩個(gè)所述測(cè)量電極(2)均與壓差測(cè)量單元(3-3)連接并組成一個(gè)壓差測(cè)量電路，2N個(gè)所述測(cè)量電極(2)與壓差測(cè)量單元(3-3)組成2N個(gè)所述壓差測(cè)量電路，2N個(gè)所述壓差測(cè)量電路均由控制器(3-2)進(jìn)行通斷控制，2N個(gè)所述壓差測(cè)量電路均與控制器(3-2)連接；所述壓差測(cè)量單元(3-3)為對(duì)與其連接的兩個(gè)所述測(cè)量電極(2)之間的電壓差值進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量單元；

所述煤巖電阻率測(cè)量裝置(3)還包括與壓差測(cè)量單元(3-3)連接的信號(hào)放大電路(3-4)；

所述控制器(3-2)通過(guò)第一多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(3-5)對(duì)2N個(gè)所述激勵(lì)電路進(jìn)行通斷控制，2N個(gè)所述激勵(lì)電路均與第一多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(3-5)連接；

所述控制器(3-2)通過(guò)第二多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(3-6)對(duì)2N個(gè)所述壓差測(cè)量電路進(jìn)行通斷控制，2N個(gè)所述壓差測(cè)量電路均與第二多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(3-6)連接；

所述第一多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(3-5)和第二多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(3-6)均由控制器(3-2)進(jìn)行控制且二者均與控制器(3-2)連接。

2.按照權(quán)利要求1所述的一種煤巖滲流演化規(guī)律測(cè)量裝置，其特征在于：所述上支撐環(huán)(1)與下支撐環(huán)(4)的結(jié)構(gòu)和尺寸均相同。

3.按照權(quán)利要求1或2所述的一種煤巖滲流演化規(guī)律測(cè)量裝置，其特征在于：2N個(gè)所述測(cè)量電極(2)的結(jié)構(gòu)和尺寸均相同；所述測(cè)量電極(2)為柱狀電極。

4.按照權(quán)利要求1或2所述的一種煤巖滲流演化規(guī)律測(cè)量裝置，其特征在于：2N個(gè)所述測(cè)量電極(2)均呈水平布設(shè)。

5.一種利用如權(quán)利要求1所述裝置對(duì)被測(cè)試件進(jìn)行煤巖滲流演化規(guī)律測(cè)量的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、測(cè)試節(jié)段劃分及參數(shù)設(shè)定：將被測(cè)試件(5)由下至上劃分為M個(gè)測(cè)試節(jié)段，M個(gè)所述測(cè)試節(jié)段的高度均相同；再采用上位監(jiān)控機(jī)(8)對(duì)所述電動(dòng)升降機(jī)構(gòu)的升降次數(shù)M和每次升降高度h分別進(jìn)行設(shè)定，所述電動(dòng)升降機(jī)構(gòu)的每次升降高度h均相同；其中，M為正整數(shù)且M≥2；h為每個(gè)所述測(cè)試節(jié)段的高度；

同時(shí)，采用上位監(jiān)控機(jī)(8)對(duì)所述注水管的流量和水壓分別進(jìn)行設(shè)定；

步驟二、測(cè)量前準(zhǔn)備工作：采用上位監(jiān)控機(jī)(8)且根據(jù)步驟一中所設(shè)定的流量和水壓對(duì)所述流量調(diào)節(jié)閥和所述水泵進(jìn)行控制，并采用所述注水裝置且按照常規(guī)的滲流實(shí)驗(yàn)方法，向被測(cè)試件(5)注水；

步驟三、煤巖滲流演化規(guī)律測(cè)量：步驟二中向被測(cè)試件(5)注水過(guò)程中或待被測(cè)試件(5)注水完成后，由先至后對(duì)被測(cè)試件(5)進(jìn)行一次或多次煤巖滲流演化規(guī)律測(cè)量；每次煤巖滲流演化規(guī)律測(cè)量方法均相同；

每一次對(duì)被測(cè)試件(5)進(jìn)行煤巖滲流演化規(guī)律測(cè)量時(shí)，采用上位監(jiān)控機(jī)(8)且根據(jù)步驟一中所設(shè)定的升降次數(shù)M和每次升降高度h，對(duì)所述電動(dòng)升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，使所述電動(dòng)升降機(jī)構(gòu)帶動(dòng)所述電極支撐機(jī)構(gòu)由下至上進(jìn)行M次豎直向上提升；每次豎直向上提升到位后，均對(duì)被測(cè)試件(5)進(jìn)行一次煤巖滲流演化規(guī)律測(cè)量，過(guò)程如下：

步驟301、豎直向上提升：采用上位監(jiān)控機(jī)(8)對(duì)所述電動(dòng)升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，并帶動(dòng)所述電極支撐機(jī)構(gòu)進(jìn)行一次豎直向上提升且提升高度為h；提升到位后，所述電極支撐機(jī)構(gòu)位于一個(gè)所述測(cè)試節(jié)段中部外側(cè)，此時(shí)位于所述電極支撐機(jī)構(gòu)內(nèi)側(cè)中部的所述測(cè)試節(jié)段為當(dāng)前測(cè)試節(jié)段；

步驟302、電動(dòng)移動(dòng)座前移控制：采用上位監(jiān)控機(jī)(8)對(duì)2N個(gè)所述電動(dòng)移動(dòng)座(6)分別進(jìn)行控制，并帶動(dòng)2N個(gè)所述測(cè)量電極(2)同步向前移動(dòng)，直至2N個(gè)所述測(cè)量電極(2)的內(nèi)端均與被測(cè)試件(5)緊密接觸；

步驟303、煤巖滲流演化規(guī)律測(cè)量，包括以下步驟：

步驟3031、數(shù)據(jù)采集：通過(guò)控制器(3-2)對(duì)2N個(gè)所述激勵(lì)電路分別進(jìn)行通斷控制，由先至后完成2N種不同激勵(lì)狀態(tài)下的數(shù)據(jù)采集過(guò)程；每種激勵(lì)狀態(tài)下2N個(gè)所述激勵(lì)電路中均有一個(gè)所述激勵(lì)電路處于接通狀態(tài)且其余2N-1個(gè)所述激勵(lì)電路均處于斷開(kāi)狀態(tài)；

2N種激勵(lì)狀態(tài)下的數(shù)據(jù)采集過(guò)程均相同；任一種激勵(lì)狀態(tài)下的數(shù)據(jù)采集過(guò)程如下：

步驟A1、激勵(lì)電路通斷控制：通過(guò)控制器(3-2)對(duì)2N個(gè)所述激勵(lì)電路分別進(jìn)行通斷控制，使該種激勵(lì)狀態(tài)下處于接通狀態(tài)的一個(gè)所述激勵(lì)電路接通，并使該種激勵(lì)狀態(tài)下處于斷開(kāi)狀態(tài)的其余2N-1個(gè)所述激勵(lì)電路均斷開(kāi)；

本步驟中，處于接通狀態(tài)的所述激勵(lì)電路為當(dāng)前激勵(lì)電路，所述當(dāng)前激勵(lì)電路中的兩個(gè)所述測(cè)量電極(2)均為激勵(lì)電極；

2N個(gè)所述壓差測(cè)量電路中包含所述激勵(lì)電極的所述壓差測(cè)量電路為當(dāng)前斷開(kāi)壓差測(cè)量電路，所述當(dāng)前斷開(kāi)壓差測(cè)量電路的數(shù)量為3個(gè)；2N個(gè)所述測(cè)量電極(2)中3個(gè)所述當(dāng)前斷開(kāi)壓差測(cè)量電路之外的2N-3個(gè)所述壓差測(cè)量電路均為當(dāng)前接通壓差測(cè)量電路；

步驟A2、壓差測(cè)量電路通斷控制：通過(guò)控制器(3-2)對(duì)2N個(gè)所述壓差測(cè)量電路分別進(jìn)行通斷控制，使步驟A1中3個(gè)所述當(dāng)前斷開(kāi)壓差測(cè)量電路均處于斷開(kāi)狀態(tài)，并使2N-3個(gè)所述當(dāng)前接通壓差測(cè)量電路均處于接通狀態(tài)；

步驟A3、壓差測(cè)量：采用壓差測(cè)量單元(3-3)對(duì)步驟A2中2N-3個(gè)所述當(dāng)前接通壓差測(cè)量電路的兩個(gè)所述測(cè)量電極(2)之間的電壓差值分別進(jìn)行測(cè)量，獲得2N-3個(gè)電壓差值測(cè)量結(jié)果，并將所獲得的2N-3個(gè)電壓差值測(cè)量結(jié)果同步傳送至控制器(3-2)；所獲得的2N-3個(gè)電壓差值測(cè)量結(jié)果為該種激勵(lì)狀態(tài)下的數(shù)據(jù)采集結(jié)果；

步驟A4、多次重復(fù)步驟A1至步驟A3，完成2N種不同激勵(lì)狀態(tài)下的數(shù)據(jù)采集過(guò)程，并獲得2N種激勵(lì)狀態(tài)下的數(shù)據(jù)采集結(jié)果；2N種激勵(lì)狀態(tài)下的數(shù)據(jù)采集結(jié)果包括2N×(2N-3)個(gè)電壓差值測(cè)量結(jié)果；

步驟3032、基于電阻層析成像的處理：采用控制器(3-2)或與控制器(3-2)連接的上位機(jī)且調(diào)用電阻層析成像模塊，對(duì)步驟A4中獲得的2N×(2N-3)個(gè)電壓差值測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理，獲得當(dāng)前測(cè)試節(jié)段的電阻層析成像結(jié)果，所獲得的電阻層析成像結(jié)果為當(dāng)前測(cè)試節(jié)段的煤巖滲流演化規(guī)律測(cè)量結(jié)果；

步驟304、電動(dòng)移動(dòng)座后移控制：采用上位監(jiān)控機(jī)(8)對(duì)2N個(gè)所述電動(dòng)移動(dòng)座(6)分別進(jìn)行控制，并帶動(dòng)2N個(gè)所述測(cè)量電極(2)同步向外移動(dòng)，直至2N個(gè)所述測(cè)量電極(2)的內(nèi)端均與被測(cè)試件(5)分離；

步驟305、返回步驟301，對(duì)被測(cè)試件(5)進(jìn)行下一次煤巖滲流演化規(guī)律測(cè)量；

步驟306、多次重復(fù)步驟305，直至完成被測(cè)試件(5)的M次煤巖滲流演化規(guī)律測(cè)量過(guò)程。