[發(fā)明專利]一種采動影響下煤巖三維應變場可視化系統(tǒng)及方法

在審

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• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111812021A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設計）人: 鄒全樂;劉涵;張?zhí)煺\;宋遙;張碧川;蘇二磊;陳子涵;王睿智;吳斐
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N19/00
• 分類號: G01N19/00;G01N33/22;G09B23/40
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔;馬健

發(fā)明提供一種采動影響下煤巖三維應變場可視化系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括應力條件模擬系統(tǒng)和應變監(jiān)測系統(tǒng)。所述應力條件模擬系統(tǒng)包括相似模擬實驗架、加載系統(tǒng)和圓形滑道。該方法包括制備3D打印線材、打印應變可視化相似模型、模擬地層傾角及含瓦斯情況、施加應力場和對模型內部微囊破裂染色情況進行記錄等步驟。該系統(tǒng)可實現對復雜地質條件相似模擬模型內部裂隙產生、發(fā)展的追蹤，并追蹤內部墨點的三維移動繪制位移場四維圖像。

技術領域

本發(fā)明涉及機械和礦山技術工程領域，特別涉及一種采動影響下煤巖三維應變場可視化系統(tǒng)及方法。

背景技術

相似模擬實驗作為巖層控制技術的重要研究方法，已經被廣泛接受和認同。但傳統(tǒng)相似模擬實驗中無法直觀的對材料內部應變場分布進行觀測，而通過間接測量方法觀測內部應變，不僅存在較大誤差，而且會破壞模型完整性，產生不必要的誤差。利用透明微膠囊復合材料構建模型，即可在不破壞模型完整性的同時實時切直觀的觀測的模型內部應變場分布。目前，3D打印技術已經得到廣泛利用，利用3D打印技術構建模型，針對常規(guī)模型制作方法在制作難以避免對材料施加應力，過程中容易對復合材料內部微膠囊造成破壞的缺點進行改進，具有成型快，精確，無預應力等優(yōu)點，在相似模擬試驗中廣有應用前景。

因此，亟需開發(fā)了一種采動影響下煤巖應變可視化系統(tǒng)。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種采動影響下煤巖三維應變場可視化系統(tǒng)及方法，以解決現有技術中存在的問題。

為實現本發(fā)明目的而采用的技術方案是這樣的，一種采動影響下煤巖三維應變場可視化系統(tǒng)，包括應力條件模擬系統(tǒng)、煤層開采模擬裝置和應變監(jiān)測系統(tǒng)。

所述應力條件模擬系統(tǒng)包括相似模擬實驗架、加載系統(tǒng)和圓形滑道。

所述相似模擬實驗架包括壓力室和兩塊可視化側板。所述壓力室整體為一個矩形框體。所述矩形框體的兩端敞口為可視化側板封堵。所述可視化側板的板面上設置有氣管伸出孔。所述壓力室和可視化側板圍合出地層相似模型安放腔。

所述加載系統(tǒng)包括豎向軸壓加載系統(tǒng)和水平應力加載系統(tǒng)。所述豎向軸壓加載系統(tǒng)對壓力室的頂部和底部加載設定的豎向加載力。所述水平應力加載系統(tǒng)對壓力室的左側加載設定的水平加載力。

所述煤層開采模擬裝置為包括若干個聯(lián)排氣囊和氣壓加載裝置。每個聯(lián)排氣囊為采用若干個單體氣囊拼接成的長方形墊體。所述若干個聯(lián)排氣囊預埋在地層相似模型中用以模擬煤層。所述單體氣囊上設置有氣閥。所述氣閥連接有氣管。所述氣管伸出氣管伸出孔與氣壓加載裝置連通。

所述應變監(jiān)測系統(tǒng)包括多臺多角度高速攝像機。

工作時，加載系統(tǒng)對地層相似模型施加垂直載荷和側向載荷，模擬煤巖層的受力狀態(tài)。氣壓加載裝置抽放單體氣囊中氣體模擬煤層的開采。所述聯(lián)排氣囊的單體氣囊內氣體均排空后代表對應煤層開采結束。

進一步，通過調整聯(lián)排氣囊的數量，模擬單一煤層和多煤層開采情況。通過調整聯(lián)排氣囊的氣壓模擬不同埋深待開采煤層的地應力情況。

進一步，所述聯(lián)排氣囊中沖入氣體為氮氣。

進一步，所述單體氣囊與氣壓加載裝置之間還設置有穩(wěn)壓裝置。

本發(fā)明還公開一種采用上述系統(tǒng)的采動影響下煤巖三維應變場可視化方法，包括以下步驟：

1)將透明基料加熱融化后與墨水微囊均勻混合，制得3D打印線材。

2)在應力條件模擬系統(tǒng)的模型安放腔中進行地質結構3D打印，得到應變可視化相似模型。

3)利用應力條件模擬系統(tǒng)模擬地層傾角、地質構造及含瓦斯情況，根據相似性向煤層開采模擬裝置的聯(lián)排氣囊中充入一定氣壓的氮氣，模擬待開采煤層。