[發(fā)明專(zhuān)利]傾斜層狀煤巖體力-聲-光-波一體化測(cè)試裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011331480.1
• 申請(qǐng)日: 2020-11-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112595598A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高喜才;趙程;王琪;馬騰飛;劉帥;范凱;王燦華;肖前昌;胡彬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N3/12
• 分類(lèi)號(hào): G01N3/12;G01N21/84;G01N29/14
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發(fā)明公開(kāi)了一種傾斜層狀煤巖體力?聲?光?波一體化測(cè)試裝置及方法，通過(guò)電液伺服巖石力學(xué)加載系統(tǒng)向?qū)A斜層狀煤巖體試件加載應(yīng)力，傾斜層狀煤巖體試件受應(yīng)力的軸向載荷、位移和側(cè)向位移變形超聲波形信息和超聲波形、波速、幅值、頻率、頻譜特征參數(shù)的聲發(fā)射信號(hào)，通過(guò)煤巖體裂隙發(fā)育動(dòng)態(tài)記錄系統(tǒng)采集監(jiān)測(cè)傾斜層狀煤巖體試件破裂過(guò)程中裂隙擴(kuò)展方向、長(zhǎng)度和寬度數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)，建立傾斜層狀煤巖體破裂的多參量監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)傾斜層狀煤巖體采動(dòng)力學(xué)特性力?聲?光?波一體化測(cè)試，為現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)采擾動(dòng)作用下層狀煤巖體動(dòng)力災(zāi)害預(yù)警提供支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種傾斜層狀煤巖體破裂演化過(guò)程特征實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置與方法，能夠較好地實(shí)現(xiàn)煤礦井下采動(dòng)過(guò)程中傾斜層狀煤巖體破裂行為特征的宏細(xì)觀一體化精確表征，屬于實(shí)驗(yàn)巖石力學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

地下煤層開(kāi)采過(guò)程中，采場(chǎng)圍巖體經(jīng)歷了從原巖應(yīng)力、軸向應(yīng)力升高而圍壓遞減到卸載破壞的完整采動(dòng)力學(xué)過(guò)程，在此過(guò)程中，層狀組合煤巖體從受壓轉(zhuǎn)變?yōu)槭芾瓲顟B(tài)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性能改變導(dǎo)致采動(dòng)卸荷條件下煤巖體力學(xué)行為與常規(guī)加載條件下力學(xué)特性差異顯著。層狀煤巖體作為一種特殊的沉積巖介質(zhì)，其變形、強(qiáng)度及破壞特征作為深部煤礦動(dòng)力災(zāi)害研究的重要內(nèi)容近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。

巖石因受載荷而導(dǎo)致其內(nèi)部微結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生、閉合及擴(kuò)展，進(jìn)而快速釋放不同能量、不同頻率的彈性波，對(duì)于巖石破裂過(guò)程的聲發(fā)射特性，以往的研究大都是從參數(shù)分析的角度進(jìn)行定性的描述巖石破壞特征，然而不同巖性表現(xiàn)出來(lái)的比較相似的參數(shù)特征給巖石破裂預(yù)測(cè)帶來(lái)一定的困難。超聲波是利用材料及其缺陷的聲學(xué)性能差異對(duì)超聲波傳播波形反射情況和穿透時(shí)間的能量變化來(lái)檢驗(yàn)材料內(nèi)部缺陷的無(wú)損監(jiān)測(cè)方法，由于超聲波同時(shí)具有幾何聲學(xué)和物理聲學(xué)的特性，在介質(zhì)傳播時(shí)能量損失小，穿透力強(qiáng)，對(duì)巖土體具有較高的分辨力，在巖土體介質(zhì)中傳播時(shí)攜帶了許多與巖土物理力學(xué)參數(shù)及微觀結(jié)構(gòu)裂隙變化相關(guān)的信息，近年來(lái)在巖土體測(cè)試領(lǐng)域具有出較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景。

在開(kāi)采擾動(dòng)作用下層狀煤巖體破裂監(jiān)測(cè)與預(yù)警過(guò)程中，通過(guò)實(shí)時(shí)同步采集層狀煤巖體受載過(guò)程中多源信號(hào)，進(jìn)而分析超聲波、聲發(fā)射、裂隙擴(kuò)展、應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，就能真實(shí)全面反映地下層狀煤巖體內(nèi)部裂紋萌生、拓展和破裂過(guò)程中的多物理場(chǎng)響應(yīng)特征，但是不同應(yīng)力環(huán)境、應(yīng)力路徑、煤巖體結(jié)構(gòu)屬性條件下層狀煤巖體的動(dòng)力破壞過(guò)程、多元物理場(chǎng)響應(yīng)差異等，目前尚缺乏系統(tǒng)的探測(cè)、辨識(shí)、數(shù)理量化與監(jiān)測(cè)預(yù)警分析。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種傾斜層狀煤巖體采動(dòng)力學(xué)特性力-聲-光-波一體化測(cè)試裝置與方法，通過(guò)這種方法辨識(shí)和揭示開(kāi)采擾動(dòng)作用下傾斜層狀煤巖體動(dòng)力破壞過(guò)程中的多元信息響應(yīng)特征，實(shí)現(xiàn)煤巖超聲波、聲發(fā)射、裂隙發(fā)育動(dòng)態(tài)記錄、應(yīng)力-應(yīng)變一體化同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，建立傾斜層狀煤巖體破裂的多參量監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系，為現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)采擾動(dòng)作用下層狀煤巖體動(dòng)力災(zāi)害預(yù)警提供支撐。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種傾斜層狀煤巖體力-聲-光-波一體化測(cè)試裝置，包括：

電液伺服巖石力學(xué)加載系統(tǒng)Ⅰ，用于對(duì)傾斜層狀煤巖體試件加載應(yīng)力，并將層狀煤巖體試樣軸向載荷、位移和側(cè)向位移信息傳遞至超聲波測(cè)試系統(tǒng)Ⅱ和聲發(fā)射測(cè)試系統(tǒng)Ⅲ；

超聲波測(cè)試系統(tǒng)Ⅱ，用于采集入射波形和通過(guò)獲取采集傾斜層狀煤巖體試件的接收波形信號(hào)，提取計(jì)算傾斜層狀煤巖體試件超聲波形、波速、幅值、頻率、頻譜特征參數(shù)；

聲發(fā)射測(cè)試系統(tǒng)Ⅲ，用于獲取傾斜層狀煤巖體試件的聲發(fā)射信號(hào)波形、撞擊數(shù)、能量和幅度參數(shù)；

煤巖體裂隙發(fā)育動(dòng)態(tài)記錄系統(tǒng)Ⅳ，用于實(shí)時(shí)全程監(jiān)測(cè)傾斜層狀煤巖體試件破裂過(guò)程中裂隙擴(kuò)展方向、長(zhǎng)度和寬度數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)；

電液伺服巖石力學(xué)加載系統(tǒng)Ⅰ分別連接超聲波測(cè)試系統(tǒng)Ⅱ和聲發(fā)射測(cè)試系統(tǒng)Ⅲ，分別提取傾斜層狀煤巖體試件受應(yīng)力的變形超聲波形信息和聲發(fā)射信號(hào)，通過(guò)煤巖體裂隙發(fā)育動(dòng)態(tài)記錄系統(tǒng)Ⅳ采集存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)傾斜層狀煤巖體采動(dòng)力學(xué)特性力-聲-光-波一體化測(cè)試。