CN202814926U - 一种充填开采相似模拟实验微观裂隙测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种充填开采相似模拟实验微观裂隙测试系统，包括模型铺设框架、至少一个超声波发生器、至少一个超声波接收器、数据采集卡、超声波测试仪、超声波信号监测计算机、电源，模型铺设框架由多层隔板构成，在模型铺设框架侧面相对位置超声波标识点处设置若干对超声波发生器和超声波接收器，超声波发生器通过线路连接数据采集卡，数据采集卡、超声波信号测试仪、超声波信号监测计算机之间顺序连接,电源为其它部件提供能源。本装置能够实时监测并输出相似模拟实验材料内部裂隙的程度，其良好的方向性易于向介质中辐射从而确定裂隙的位置。
Description
技术领域
本实用新型涉及地质监测技术领域，尤其涉一种充填开采相似模拟实验超声波微观裂隙测试系统。
背景技术
相似模拟实验是依据相似定律（几何相似、动力相似、运动相似），应用相似模拟材料模拟不同岩土问题的物理模拟实验。充填开采相似模拟实验属于相似模拟的一种。充填开采相似模拟实验是用相似材料模拟老顶、直接顶、煤层、充填体、直接底等岩层，从而能模拟充填开采条件下，上覆岩层的移动规律、矿压显现规律和底板破坏程度。但是现有的充填开采相似模拟实验平台只能从宏观上观测上覆岩层的移动和通过应变片监测顶底板的应力变化，无法对微观裂隙进行实时监测，从而不能准确的模拟真实充填开采条件下的岩层移动规律和微观裂隙变化。
一般在均匀的材料中，裂隙的存在将造成材料的不连续，这种不连续往往又造成声阻抗的不一致，由反射定理我们知道，超声波在两种不同声阻抗的介质的交界面上将会发生反射，反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。譬如，在岩石中存在一个裂隙，由于这个裂隙的存在，造成了裂隙和岩石之间形成了一个不同介质之间的交界面，交界面之间的声阻抗不同，当发射的超声波遇到这个界面之后，就会发生反射，反射回来的能量又被探头接收到，在显示屏幕中横坐标的一定的位置就会显示出来一个反射波的波形，横坐标的这个位置就是裂隙在被检测材料中的深度。这个反射波的高度和形状因不同的裂隙而不同，反映了裂隙的性质。
超声波在介质中传播时，在不同质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声波波长时，则超声波在裂隙上反射回来，超声波测试仪可将反射波显示出来；如裂隙的尺寸甚至小于波长时，声波将绕过射线而不能反射。
超声波测试主要通过探头将返回来的声波转换成电脉冲，探头控制超声波的传播方向和能量集中的程度，当改变探头入射角或改变超声波的扩散角时，可使声波的主要能量按不同的角度射入介质内部或改变声波的指向性，提高分辨率，能实现波型转换，控制工作频率，从而适用于不同的工作条件。
超声波的方向性好，频率越高，方向性越好，以很窄的波束向介质中辐射，易于确定裂隙的位置。
超声波的传播能量大，如频率为1MHZ（100赫兹）的超生波所传播的能量，相当于振幅相同而频率为1000HZ（赫兹）的声波的100万倍。
此外，使用超声波探测灵敏度高、周期短、成本低、灵活方便、效率高，对人体无害。
但是使用超声波测试上覆岩层及地板中微裂隙也存在若干问题。例如，只有富有经验的检验人员才能辨别裂隙、对裂隙没有直观性，而且超声波的扩散传播距离增加，波束截面愈来愈大，单位面积上的能量减少，不利于反射波的接收。
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题在于提供结构简单，性能可靠，使用方便，能够实时监测开采和充填过程中上覆岩层和底板中微裂隙演化的测试系统。
为了解决以上问题，本实用新型提供了一种充填开采相似模拟实验微观裂隙测试系统，包括模型铺设框架、至少一个超声波发生器、至少一个超声波接收器、数据采集卡、超声波测试仪、超声波信号监测计算机、电源，所述模型铺设框架由多层隔板构成，在所述模型铺设框架侧面相对位置设置若干对超声波发生器和超声波接收器，所述超声波发生器、超声波接收器通过线路连接数据采集卡，数据采集卡、超声波信号测试仪、超声波信号监测计算机之间顺序连接,电源为其它部件提供能源。
进一步，作为优选，还包括试验台框架，模型铺设框架置于试验台框架中，通过螺栓连接。
进一步，作为优选，还包括测试台框架，超声波测试仪、超声波信号监测计算机放置在测试台框架内。
由于本实用新型通过多对超声波发生器、超声波接收器对微观裂缝进行测试，本实用新型具有结构简单，性能可靠，使用方便，能够实时监测充填过程中上覆岩层和底板中微裂隙发育和分布特点。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本实用新型以及容易得知其中许多伴随的优点，此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定，其中：
图1是本充填开采相似模拟实验微裂隙测试系统侧视图。
图2是本充填开采相似模拟实验微裂隙测试系统试验台框架的正视图。
附图中：1、试验台框架；2、测试台框架；3、超声波发生器；4、超声波接收器；5、数据采集卡；6、超声波测试仪；7、超声波信号监测计算机；8、加强筋板；9、电源线；10、模型铺设框架；11、充填支架；12、煤层底板岩层；13、煤层；14、上覆岩层。
具体实施方式
以下参照图对本实用新型的实施例进行说明。
为使上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1、2所示，一种充填开采相似模拟实验微观裂隙测试系统，包括模型铺设框架10、至少一个超声波发生器3、至少一个超声波接收器4、数据采集卡5、超声波测试仪6、超声波信号监测计算机7、电源9、充填支架11，煤层底板岩层12、煤层13、上覆岩层14均按照相似比例由相似模拟材料铺设而成，所述模型铺设框架10由多层隔板构成，在所述模型铺设框架10侧面相对位置设置若干对超声波发生器3、超声波接收器4，所述超声波发生器3通过线路连接数据采集卡5，数据采集卡5、超声波信号测试仪6、超声波信号监测计算机7之间顺序连接,电源9为其它部件提供能源。还包括试验台框架1，模型铺设框架10置于试验台框架1中，通过螺栓连接。还包括测试台框架2，超声波测试仪6、超声波信号监测计算机7放置在测试台框架2内。试验台框架1由上下两个框架通过螺栓连接构成，实验台框架1有若干加强筋板8。
本实用新型的充填开采相似模拟实验微裂隙测试系统具体工作时，依据相似理论，用沙土，水泥，水等材料按照一定比例分别制备对应研究岩性的相似材料，然后将相似材料水平铺设在试验台框架上，铺设过程中在要监测的关键部位两侧设立标识点。当模型满足开挖条件时，进行模拟挖掘，并实时监测对应监测部位的超声波变化，以此来研究顶底板的微裂隙演化规律。
如上所述，对本实用新型的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本实用新型的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种充填开采相似模拟实验微观裂隙测试系统，其特征在于，包括模型铺设框架（10）、至少一个超声波发生器（3）、至少一个超声波接收器（4）、数据采集卡（5）、超声波测试仪（6）、超声波信号监测计算机（7）、电源（9），所述模型铺设框架（10）由多层隔板构成，在所述模型铺设框架（10）侧面相对位置设置若干对超声波发生器（3）、超声波接收器（4），所述超声波发生器（3）通过线路连接数据采集卡（5），超声波接收器（4）、数据采集卡（5）、超声波信号测试仪（6）、超声波信号监测计算机（7）之间顺序连接,电源（9）为其它部件提供能源。
2.如权利要求1所述充填开采相似模拟实验微观裂隙测试系统，其特征在于，还包括试验台框架（1），模型铺设框架（10）置于试验台框架（1）中，通过螺栓连接。
3.如权利要求1至2任意一项所述充填开采相似模拟实验微观裂隙测试系统，其特征在于，还包括测试台框架（2），超声波测试仪（6）、超声波信号监测计算机（7）放置在测试台框架（2）内。
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