CN112612059B - 一种三维模型采动裂隙发育特征无损探测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三维模型采动裂隙发育特征无损探测方法，属探测技术领域。该方法利用等离子体的导电性和流动性，将等离子体充入三维模型开采后的裂隙当中，提高模型中裂隙岩层的导电性，解决了电法探测由于高阻屏蔽导致的裂隙发育程度探测精度不高的问题，提高了电法探测的准确性和高效性。该方法包括4个步骤：三维模型建立及导管铺设、电极测线布置、等离子体充填、开采和数据采集。本发明可实现采动裂隙发育特征的三维探测，具有探测范围广、准确性高，有效提高探测效率等优点。

Description

一种三维模型采动裂隙发育特征无损探测方法
技术领域
本发明涉及一种探测采动裂隙动态发育特征的方法，具体为一种三维模型采动裂隙发育特征无损探测方法。
背景技术
矿井生产过程中，岩层变形破坏形成的裂隙是矿井水害防治、保水开采及瓦斯抽采设计等的重要依据。目前，由于无法直接观测三维模型内部产生的采动裂隙，所以常采用电法探测覆岩采动裂隙发育规律，在电法测试中，模型当中的高阻层阻止电流向下流动形成高阻屏蔽，使得电法设备难以准确地判定出模型深部覆岩采动裂隙的动态发育状况。
等离子体是在外加电压达到击穿电压时，气体分子被电离，产生包括电子、离子、原子和原子团在内的混合体，具有很强的导电性，且在空气中的自然扩散距离达3－4m。将等离子体充入物理模型中，使得模型内部可以全部充满导电介质，高电阻率岩层变为低电阻率岩层，提高模型中岩层的导电性，为电法在物理模型表面利用等离子体探测采动裂隙提供了很好的途径。
发明内容
本发明的目的是提供一种探测范围广、准确性高，可有效提高电法探测效率的一种三维模型中采动裂隙发育特征无损探测方法。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种三维模型中采动裂隙发育特征无损探测方法，包括以下步骤：
（1）三维模型建立及导管铺设：采用三维模型试验台建立物理模型，在四周模型玻璃挡板内侧均匀涂抹绝缘材料，模型底部先平行放置等离子分流管路，在每根等离子分流管路的正上方等距垂直布置等离子扩散管路，并与等离子分流管路连接，等离子分流管路延伸到模型外部与连接等离子体发生器、风机的等离子发生管路连接，三维模型直接在铺设好的导管上方进行建立，将导管埋入模型中；
（2）电极测线布置：选取0.1m铜棒作为电极，按照三维模型尺寸大小，在模型表面正上方呈横向和纵向均匀布置测线，比较电极布置在模型边缘，视为无穷远处，电极测线通过插拔夹连接基站，电法仪主机通过电法大线连接多个采集基站，并与电脑连接；
（3）等离子体充填：在模型外表面覆盖一层薄膜，确保模型的密封性，打开等离子发生器与风机，通过导管向模型底部充入等离子体，使模型内部裂隙充满等离子体；
（4）数据收集：模型开挖后，在煤层开采过程中对覆岩电阻率变化情况进行动态监测，分别在横向和纵向上获得电阻率数据，数据采集完上传到电脑上进行分析。
优选的，所述的比较电极是无穷远处电势为0的点。
优选的，所述的等离子分流管路长度为2m，直径为0.05m，在模型底部每隔0.4m平行放置。
优选的，所述的等离子扩散管路长度为0.1m、直径为0.02m。
优选的，所述的等离子充填浓度不低于200万PCS/cm3。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明方法中，将等离子体充入模型当中，开挖后等离子体充满裂隙，提高模型中裂隙岩层的导电性，降低岩层电阻率，岩层由高阻变为低阻，解决了电法探测由于高阻屏蔽导致的裂隙发育程度探测精度不高的问题，提高了电法探测的准确性和高效性，有利于反映采动裂隙发育特征。
附图说明
图1是本发明的一种三维模型中采动裂隙发育特征无损探测方法工作示意图；
图2是等离子发生系统示意图；
图3是电法测量系统示意图。
图中：A-等离子发生系统；B-电法测量系统；1-模型玻璃挡板；2-铜棒电极；3-电极测线；4-等离子发生器；5-风机；6-等离子扩散管路；7-等离子分流管路；8-等离子发生管路；9-薄膜；10-插拔夹线；11-基站；12-电法大线；13-电法仪主机；14-电脑。
具体实施方案
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
本发明的一种三维模型采动裂隙发育特征无损探测方法，包括以下步骤：
（1）三维模型建立及导管铺设：采用三维模型试验台建立物理模型，三维模型尺寸长×宽×高=2.5m×1.5m×1.2m，在四周模型玻璃挡板1内侧均匀涂抹绝缘材料，结合模型大小及等离子充填速度，在模型底部平行布置三根长度为2m，直径为0.05m的等离子分流管路7，间距为0.4m，在每根等离子分流管路7的正上方垂直布置7根长度为0.1m、直径为0.02m的等离子扩散管路6，并与等离子分流管路7连接，等离子分流管路延伸到模型外部与连接等离子体发生器4、风机5的等离子发生管路8连接，三维模型直接在铺设好的导管上方进行建立，将导管埋入模型中；
（2）电极测线布置：选取0.1m铜棒作为电极2，在模型表面正上方呈横向和纵向均匀布置测线3，考虑测量效果横向共布置三排测线，排距为0.3m，比较电极布置在模型边缘，视为无穷远处，电极测线3通过插拔夹10连接基站11，电法仪主机13通过电法大线12连接多个采集基站11，并与电脑14连接；
（3）等离子体充填：在模型外表面覆盖一层薄膜9，确保模型的密封性，将等离子体发生器4放入靠近风机5处的等离子发生管路8内，在开挖前，启动电法仪主机13，检测基站11，开机后观察每个基站10工作指示灯是否开启，通过主机13的基站11检测按钮确认每个基站是否正常工作（均为绿色即为正常工作），在开挖后，打开等离子发生器4和风机5，调节等离子发生器4的等离子发生量和风机5的风量，通过等离子发生管路8向模型底部喷入等离子体，考虑模型内部等离子体扩散消耗，使得模型内部等离子充填浓度为要求最低浓度的1.25倍，即250万PCS/cm3；
（4）数据收集：设置采集参数，并下发参数，每次开挖进行5组数据采集。在数据采集过程中，观察电位值是否出现异常值，发现异常值，及时对测线连接处、参数设置等进行检查，确认数据的可靠性。数据采集完毕后，保存并导入电脑14中，使用专用软件打开并进行初步筛选，为后期数据处理做准备。

Claims (4)

1.一种三维模型采动裂隙发育特征无损探测方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）三维模型建立及导管铺设：采用三维模型试验台建立物理模型，在四周模型玻璃挡板内侧均匀涂抹绝缘材料，在模型底部平行放置等离子分流管路，在每根等离子分流管路的正上方等距垂直布置等离子扩散管路，并与等离子分流管路连接，等离子分流管路延伸到模型外部与连接等离子体发生器、风机的等离子发生管路连接；
（2）电极测线布置：选取0.1m铜棒作为电极，按照三维模型尺寸大小，在模型表面正上方呈横向和纵向均匀布置测线，比较电极布置在模型边缘，视为无穷远处，电极测线通过插拔夹连接基站，电法仪主机通过电法大线连接多个采集基站，并与电脑连接；
（3）等离子体充填：在模型外表面覆盖一层薄膜，确保模型的密封性，打开等离子发生器与风机，通过导管向模型底部充入等离子体，使模型内部裂隙充满等离子体；
（4）数据收集：模型开挖后，在煤层开采过程中对覆岩电阻率变化情况进行动态监测，分别在横向和纵向上获得电阻率数据，数据采集完上传到电脑上进行分析。
2.根据权利要求1所述的一种三维模型采动裂隙发育特征无损探测方法，其特征在于：等离子分流管路长度为2m，直径为0.05m，在模型底部每隔0.4m平行放置。
3.根据权利要求1所述的一种三维模型采动裂隙发育特征无损探测方法，其特征在于：等离子扩散管路长度为0.1m、直径为0.02m。
4.根据权利要求1所述的一种三维模型采动裂隙发育特征无损探测方法，其特征在于：等离子充填浓度不低于200万PCS/cm3。
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