基于电缆传感器的煤岩变形破坏三维动态测试方法技术

本发明专利技术提供了一种基于电缆传感器的煤岩变形破坏三维动态测试方法，涉及岩石力学技术领域。通过在相似材料或煤岩内放置电缆传感器，与煤岩层模拟材料或煤岩耦合同步变形，电缆连接矢量网络分析仪。在相似材料模拟试验中或现场开采过程中对待测煤岩进行应变场监测，确定其内部的裂隙扩展位置，还可以根据空间位置进行温度影响因素补偿，根据监测的应变数值采用插值方法重构图像及裂隙演化过程，并得到真实的煤岩变形破坏三维动态测试数据图像。该方法不仅可以直观地反映待测相似材料及煤岩内部裂隙初始、扩展的空间位置，还可以对煤岩的应变及裂隙空间分布等进行定量描述，具有耐用、操作简便等优点。操作简便等优点。操作简便等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于电缆传感器的煤岩变形破坏三维动态测试方法


[0001]本专利技术涉及岩石力学试验
，尤其是了一种基于电缆传感器的煤岩变形破坏三维动态测试方法。

技术介绍

[0002]煤岩破坏失稳问题一直是国内外岩石力学领域研究的难点问题，诸多工程灾害的发生(如岩爆、岩质边坡失稳、冲击地压等)均和煤岩破坏失稳过程有关。在煤炭开采领域，煤岩内部应变场分布及其演化规律等内容是研究的热点问题，尤其是超前工作面内部、煤柱内部、断层等地质构造附近煤岩应变场及其演化规律对于指导煤矿安全高效生产具有重要意义。
[0003]煤岩是煤矿开采所面临的主要研究对象，是具有裂隙、微结构面的天然非均质介质，内部裂隙位置和力学性质的分布具有随机性和复杂性，因此煤岩破坏失稳是一个复杂的非平衡、非线性的演化过程。煤矿中矿山压力和岩层控制问题本身是三维的力学问题。除了少数问题可以简化为平面问题或者轴对称问题来进行研究外，二维模型的应用研究具有一定局限性。因此，基于三维模型的煤岩破坏问题也是该领域研究的关键。
[0004]目前，相似材料模拟方法、数值模拟和现场原位测试方法都是有效地研究煤岩破坏失稳的重要手段。煤岩破坏失稳的本质是煤岩内部损伤劣化的积累演化。因而如何采取有效的研究手段和方法，系统地研究煤岩或大尺寸类煤岩试样破裂失稳过程中其内部裂隙的演化过程，直观地反映煤岩或大尺寸类煤岩试样内部裂隙扩展的空间位置，对理解煤岩破坏失稳机制具有重要意义。现有技术中，研究煤岩内部破裂的时空演化规律采用的手段有CT、声发射、电磁波等技术，但仅能定性地表征煤岩破坏的剧烈程度及裂隙空间分布，难以定量描述。

技术实现思路

[0005]为了得到煤岩破坏的三维动态测试数据图像，实现煤岩内部变形及应变场监测，提升监测仪器的抗干扰能力，直观地反映煤岩内部变形、应变与裂隙时空分布及演化特征，本专利技术提供了一种基于电缆传感器的煤岩变形破坏三维动态测试方法，具体的技术方案如下。
[0006]一种基于电缆传感器的三维动态测试方法，包括压力试验机、相似材料模型和电缆传感器，在相似材料模型中铺设电缆传感器，所述电缆传感器与煤岩相似材料耦合同步变形，电缆传感器连接矢量网络分析仪；所述相似材料模型置于压力试验机下进行试验，所述电缆传感器监测煤岩试件水平方向和竖直方向的应变；所述压力试验机对相似材料模型施加载荷；计算机利用电缆传感器的监测数据在三维空间内通过数据插值方法构建图像，确定相似材料模型破裂的三维动态测试数据图像。
[0007]优选的是，矢量网络分析仪通过数据线连接计算机，计算机分析处理监测数据，确定相似材料模型内应变及裂隙的空间分布。
[0008]优选的是，电缆传感器包括同轴电缆、公头连接器，同轴电缆的两端设置有公头连接器，在同轴线缆上设置多个开孔，其中一个公头连接器与终端负载相连。
[0009]一种基于电缆传感器的相似材料变形破坏三维动态测试方法，利用上述的一种基于电缆传感器的三维动态测试方法，步骤包括：
[0010]A.制作铺设相似材料模型，在铺设过程中埋设电缆传感器；
[0011]其中在电缆传感器表面涂抹环氧树脂胶，相似材料模型与电缆传感器耦合前施加预紧力；
[0012]B.安装连接终端负载和矢量网络分析仪，矢量网络分析仪通过数据线连接计算机，粘接密封电缆传感器，并检验电缆传感器是否正常工作；
[0013]C.利用压力试验机进行试验，采集监测数据；
[0014]D.计算机根据空间位置对监测数据进行影响因素补偿；
[0015]E.补偿后的数据值转化为图像尺度上的应变值，将各个测点的测试数据作为点图像并用颜色标识，在三维空间内利用数据插值方法构建图像，得到真实煤岩破坏的三维动态测试数据图像。
[0016]进一步优选的是，影响因素补偿包括温度，其中温度变化和电缆的变形量成正比；在相似材料模型内部安装温度补偿电缆传感器，监测数据减去温度补偿电缆的应变得到实际应变。
[0017]一种基于电缆传感器的煤岩变形破坏三维动态测试方法，包括钻孔和电缆传感器，在煤岩中施工钻孔，钻孔内安装电缆传感器后向钻孔内注浆，所述电缆传感器与煤岩耦合同步变形，电缆传感器连接矢量网络分析仪，所述电缆传感器监测煤岩不同方向上的应变；计算机利用电缆传感器的监测数据在三维空间内通过数据插值方法构建图像，确定煤岩破坏的三维动态测试数据图像。
[0018]优选的是，矢量网络分析仪通过数据线连接计算机，计算机分析处理监测数据，确定相似材料模型内的应变及裂隙空间分布。
[0019]优选的是，电缆传感器包括同轴电缆、公头连接器，同轴电缆的两端设置有公头连接器，在同轴线缆上设置多个开孔，其中一个公头连接器与终端负载相连。
[0020]一种基于电缆传感器的煤岩变形破坏三维动态测试方法，利用上述的一种基于电缆传感器的煤岩变形破坏三维动态测试方法，步骤包括：
[0021]A.在采煤工作面的回采巷道内向煤岩设置水平或倾斜钻孔，并在钻孔内安装电缆传感器；
[0022]B.向钻孔内注入水泥浆，煤岩与电缆传感器形成变形协调整体，在电缆传感器施加预紧力；
[0023]C.安装连接终端负载和矢量网络分析仪，矢量网络分析仪通过数据线连接计算机，并检验电缆传感器是否正常工作；
[0024]D.矢量网络分析仪将监测到的煤岩应变数据通过总线连接到服务器，通过对不同监测方向的监测数据进行分析得到大区域的煤岩应变状况，计算机根据空间位置对监测数据进行影响因素补偿；
[0025]E.远程监测中心通过互联网实时读取云端服务器的监测数据，数据值转化为图像尺度上的应变值，将各个测点的测试数据作为点图像并用颜色标识，在三维空间内利用数
据插值方法构建图像，得到煤岩破坏的三维动态测试数据图像，并实时处理发布。
[0026]进一步优选的是，影响因素补偿包括温度，其中温度变化和电缆的变形量成正比；在煤岩内部安装温度补偿电缆传感器，监测数据减去温度补偿电缆的应变得到实际应变。
[0027]本专利技术提供的一种基于电缆传感器的煤岩变形破坏三维动态测试方法有益效果是，将电缆铺设于相似材料物理模型内部或置于煤岩内部，电缆传感器固定并与试验材料或煤岩耦合同步变形，电缆传感器连接矢量网络分析仪，在压力机下进行相似材料模拟试验或现场测试，监测煤岩内部应变，从而确定煤岩内部裂隙分布，试验后根据空间位置进行温度影响因素补偿，随后根据监测数值采用插值方法构建图像。电缆传感器布置在煤岩中还可以得到工程现场煤岩变形破坏的三维动态测试数据图像，该方法还具有结构简单、使用方便、容易操作、抗干扰能力强等优点。
附图说明
[0028]图1是电缆传感器结构示意图；
[0029]图2是试验测试方法步骤流程图；
[0030]图3是三维应变图像重构流程图；
[0031]图4是相似材料工作面上覆岩层应变场电缆传感器布置示意图；
[0032]图5是相似材料断层面应变场测试方法示意图；
[0033]图6是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电缆传感器的三维动态测试方法，其特征在于，包括压力试验机、相似材料模型和电缆传感器，在相似材料模型中铺设电缆传感器，所述电缆传感器与煤岩试件耦合同步变形，电缆传感器连接矢量网络分析仪；所述相似材料模型置于压力试验机下进行试验，所述电缆传感器监测煤岩试件水平方向和竖直方向的应变；所述压力试验机对相似材料模型施加载荷；计算机利用电缆传感器的监测数据在三维空间内通过数据插值方法构建图像，确定相似材料模型变形破坏的三维动态测试数据图像。2.根据权利要求1所述的一种基于电缆传感器的三维动态测试方法，其特征在于，所述矢量网络分析仪通过数据线连接计算机，计算机分析处理监测数据，确定相似材料模型内的应变及裂隙空间分布。3.根据权利要求1所述的一种基于电缆传感器的三维动态测试方法，其特征在于，所述电缆传感器包括同轴电缆、公头连接器，同轴电缆的两端设置有公头连接器，在同轴线缆上设置多个开孔，其中一个公头连接器与终端负载相连。4.一种基于电缆传感器的相似材料变形破坏三维动态测试方法，其特征在于，利用权利要求1至3任一项所述的一种基于电缆传感器的三维动态测试方法，步骤包括：A.制作铺设相似材料模型，在铺设过程中埋设电缆传感器；其中在电缆传感器表面涂抹环氧树脂胶，相似材料与电缆传感器耦合前施加预紧力；B.安装连接终端负载和矢量网络分析仪，矢量网络分析仪通过数据线连接计算机，粘接密封电缆传感器，并检验电缆传感器是否正常工作；C.利用压力试验机进行试验，采集监测数据；D.计算机根据空间位置对监测数据进行影响因素补偿；E.补偿后的数据值转化为图像尺度上的应变值，将各个测点的测试数据作为点图像并用颜色标识，在三维空间内利用数据插值方法构建图像，得到煤岩破坏的三维动态测试数据图像。5.根据权利要求4所述的一种基于电缆传感器的相似材料变形破坏三维动态测试方法，其特征在于，所述影响因素补偿包括温度，其中温度变化和电缆的变形量成正比；在相似材料模型内安装温度补偿电缆传感器，监测数据减去温度补偿电缆的应变得到实际应变。6.一种基于电缆传感器的煤岩变形破坏三维动态测试方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：公绪飞，陈玏昕，谭彦，郭伟耀，李玉蓉，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：