一种煤岩试件力学特性测试系统及其测试方法技术方案

本发明专利技术公开了一种煤岩试件力学特性测试系统及其测试方法，包括传统力学特性测试、医学影像和岩石破裂智能监测，所述传统力学特性测试包括力学指标测试系统和液压控制连续加载系统，所述医学影像包括X-光机扫描系统和增强影像系统，所述岩石破裂智能监测包括声发射监测系统和热红外监测系统，所述煤岩试件力学特性测试方法，具体包括以下步骤：(1)开启力学试验平台和DR/CR影像设备；(2)将煤岩试件置于力学试验机载盘位置，并将AE传感器与试件固定；(3)注射造影剂；(4)进行一次DR/CR影像扫描；(5)对煤岩试件进行力学特性测试。本发明专利技术获得的影像图像清晰，而实现对岩样试件内部微裂纹等细观尺度上的分析，实验数据更加精确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种力学特性测试系统及其测试方法，具体是一种煤岩试件力学特性 测试系统及其测试方法。
技术介绍
岩样试件力学特性测试是研宄矿山岩体稳定性问题最基本的方法。矿山岩体发生 屈服破坏是受地应力和采动应力共同作用下的动力过程，实验室条件下对采集岩样试件进 行力学特性试验参数测定并得出受压状态下裂隙动态演化特征，这对于矿山岩体稳定性预 测预报具有重要指导意义。 传统的材料试件力学特性测试仅仅只是通过压力试验机对岩样试件进行基本力 学参数的确定（如抗压强度、抗剪强度等）和借助智能岩体稳定性监测技术获得相关指标 特征（如声发射、热红外等）。如谭志宏和唐春安等（2005)基于力学参数测试并结合红 外热像技术对缺陷花岗岩破坏过程中表面温度变化进行了研宄。蔡美峰（2003)利用声发 射监测与力学试验相结合方法，对混凝土材料进行了参量耦合分析。随着实验监测技术 的不断发展，人们对岩体稳定性研宄进入了损伤领域的热潮，岩体细观损伤对其宏观力学 行为的影响已经成为矿山岩体损伤力学研宄的热点，即从采集岩样试件内部微裂纹、空洞 等细观尺度上研宄各类损伤的形态分布和演化特征。国内外相关研宄成果中，Nicoletta Fusi (2013)通过对底孔隙度的碳质盐岩试件注入液态汞后使用CT扫描揭示了其内部裂隙 三维空间分布特征；Suzanne Raynaud(2008)通过对Beaucaire泥灰岩试样进行单轴压缩 实验并进行CT扫描分研宄其变形过程；中国科学院王宇和李晓（2014)等通过CT测试方法 对岩土裂隙特征进行了分析；葛修润（2000)院士通过CT扫描方法对岩石加载过程中细观 损伤扩展规律进行了研宄，获得了岩石破裂过程（微孔洞被压密一微裂纹萌生一分叉一发 展一断裂一破坏一卸载）中各阶段清晰的CT图像并基于CT数目建议了一个新的损伤变量 (损伤影响因子）。这些研宄成果中所提及的方法仅仅只是通过CT扫描技术对岩样内部裂 隙动态演化规律的揭示和破裂机理的研宄，而煤岩样内部裂隙的扩展表现为空间上的繁殖 和时间的延伸，假设通过特殊造影技术和多元指标监测技术手段可获得煤岩样受载条件下 其内部裂隙直观清晰图像的裂隙分布范围和多元指标参量，这可为岩体工程稳定性评价等 类似方面问题提供最可靠、最科学的理论指导。 现有的煤岩样力学特性测试仅仅为简单的"应力-应变"、"应力-温度"、"应力-损 伤"和"应力-AE-应变"耦合关系与指标的获取，依据这些参量进行位移反分析，分形理论 实现煤岩体稳定性预测，这些方法往往计算误差较大、数据量大且计算过程较为繁琐；依靠 单一或多指标参量并不能实现对岩体工程稳定性问题的科学解算，准确的实验数据、直观 的影像分析和科学的理论计算成为实现煤岩体稳定性预测预报的重要方法和途径；现有的 煤岩体细观损伤特性研宄中仅仅是借助CT扫描技术并配套独立的力学试件加载平台，进 而实现对岩样试件内部微裂纹等细观尺度上的分析。由于CT扫描设备对微裂纹识别能力 的限度，缺乏相应的造影增强功能，因此难以获得较为清晰的影像图像。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，以解决上 述
技术介绍
中提出的问题。 为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案： 一种煤岩试件力学特性测试系统，包括传统力学特性测试、医学影像和岩石破裂 智能监测，所述传统力学特性测试包括力学指标测试系统和液压控制连续加载系统，所述 医学影像包括X-光机扫描系统和增强影像系统，所述岩石破裂智能监测包括声发射监测 系统和热红外监测系统，所述X-光机扫描系统包括DR/CR影像设备和X-射线剂量仪，所述 增强影像系统包括造影剂注射器和毛细铜管，所述液压控制连续加载系统包括液压千斤顶 和小型液压泵，所述力学指标测试系统包括轮辐压力传感器、应变计和数码显示仪表，所述 声发射监测系统包括AE传感器和数据采集主机，所述热红外监测系统包括热红外感应器， 将煤岩试件放置在液压千斤顶上，液压千斤顶通过油压表连接到小型液压泵，将泛影葡胺 注入造影剂注射器通过毛细铜管注射到煤岩试件内，所述煤岩试件上端设置轮辐压力传感 器，所述轮辐压力传感器连接到数码显示仪表，所述数码显示仪表连接到应变计，所述煤岩 试件周围设置AE传感器，AE传感器连接到数据采集主机，所述热红外感应器架设于煤岩试 件周边0. 5m位置处，对煤岩试件表面温度进行监测，所述X-射线剂量仪连接DR/CR影像设 备，所述X-射线剂量仪通过接收器接收信息。 所述的煤岩试件力学特性测试方法，集成传统力学特性测试、医学影像和岩石破 裂智能监测三大技术为一体，具体包括以下步骤： (1)开启力学试验平台和DR/CR影像设备，同时检查六大系统的正常运行； ⑵将已加工好的煤岩试件置于力学试验机载盘位置，并将AE传感器与煤岩试件 固定； ⑶注射造影剂，保证毛细铜管和试件中心孔充满造影液，同时记录注射剂量； (4)进行一次DR/CR影像扫描并对初始数据进行记录； (5)对煤岩试件进行力学特性测试，控制加载速度为lmm/min，同时间隔20s即对 其它各指标进行一次记录。 作为本专利技术再进一步的方案：所述煤岩试件规格为：直径为50mm，高度为100mm， 圆柱试件中心孔直径3mm,孔深80mm。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：该系统具有体积小且便于移动的特点，造 价低；利用造影技术研发具有增强影像功能的造影系统，获得的影像图像清晰，而实现对岩 样试件内部微裂纹等细观尺度上的分析，实验数据更加精确；本专利技术设计新颖，构造合理， 操作灵活简易，具有很强的实用价值。采用传统力学特性测试、医学影像和岩石破裂智能监 测综合技术方法，针对煤岩试件力学特性测试问题，提出了多元指标参量内容，尤其以DR/ CR影像指标提出为主要创新，这些指标参量可直接通过分形裂隙方程计算，进而实现对煤 岩体工程稳定性评估。【附图说明】 图1为煤岩试件力学特性测试系统的技术路线图。 图2为煤岩试件力学特性测试系统的系统测试原理图。 图3为煤岩试件力学特性测试系统方法中流程图。【具体实施方式】 下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本专利技术保护的范围。 请参阅图1~3,本专利技术实施例中，一种当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤岩试件力学特性测试系统，包括传统力学特性测试、医学影像和岩石破裂智能监测，其特征在于，所述传统力学特性测试包括力学指标测试系统和液压控制连续加载系统，所述医学影像包括X‑光机扫描系统和增强影像系统，所述岩石破裂智能监测包括声发射监测系统和热红外监测系统，所述X‑光机扫描系统包括DR/CR影像设备和X‑射线剂量仪，所述增强影像系统包括造影剂注射器和毛细铜管，所述液压控制连续加载系统包括液压千斤顶和小型液压泵，所述力学指标测试系统包括轮辐压力传感器、应变计和数码显示仪表，所述声发射监测系统包括AE传感器和数据采集主机，所述热红外监测系统包括热红外感应器，将煤岩试件放置在液压千斤顶上，液压千斤顶通过油压表连接到小型液压泵，将泛影葡胺注入造影剂注射器通过毛细铜管注射到煤岩试件内，所述煤岩试件上端设置轮辐压力传感器，所述轮辐压力传感器连接到数码显示仪表，所述数码显示仪表连接到应变计，所述热红外感应器架设于煤岩试件周边0.5m位置处，对煤岩试件表面温度进行监测，AE传感器连接到数据采集主机，所述X‑射线剂量仪连接DR/CR影像设备，所述X‑射线剂量仪通过接收器接收信息。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：来兴平，孙欢，单鹏飞，王春龙，杨文化，曹建涛，崔峰，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61